李迎麗，畢泗春，王紹鵬，李雯雯

（1.中國(guó)石油安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，北京 102206；2.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化分公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處，遼寧遼陽(yáng) 111003；3.中國(guó)航空油料有限責(zé)任公司大連分公司，遼寧大連 116033）

0 引言

某公司240 萬(wàn)噸/年渣油加氫裝置P104S 高壓貧氨液泵屬于多級(jí)雙支離心機(jī)泵，該機(jī)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中使用振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)軸承振動(dòng)加速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)推力滾動(dòng)軸承加速度測(cè)量值持續(xù)上升，而普通的徑向滑動(dòng)軸承振動(dòng)速度測(cè)量值未體現(xiàn)上升趨勢(shì)，判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)暫時(shí)未出現(xiàn)問(wèn)題，但軸承運(yùn)轉(zhuǎn)情況不斷劣化。在振動(dòng)加速度值超過(guò)低報(bào)警值后決定對(duì)該機(jī)泵報(bào)警位置滾動(dòng)軸承進(jìn)行檢查，同時(shí)檢查徑向支撐軸瓦潤(rùn)滑磨損情況，發(fā)現(xiàn)滾動(dòng)軸承存在磨損。對(duì)拆解的零部件受損情況進(jìn)行分析，結(jié)合工藝及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況提出檢修及維保方案，確保機(jī)泵的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 機(jī)泵結(jié)構(gòu)分析

該機(jī)泵型號(hào)DCS-80 135X12G，屬于BB5 結(jié)構(gòu)12 級(jí)高壓多級(jí)離心機(jī)泵，外部承壓殼體采用鍛造工藝，內(nèi)芯軸向剖分，平衡系統(tǒng)采用鼓盤(pán)聯(lián)合作用的平衡機(jī)構(gòu)，連通入口及出口的平衡管，有效控制“閃蒸”現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高自平衡能力，正常運(yùn)行過(guò)程中軸承并不承受軸向力，可提高軸承的使用壽命。在軸承方案中采用前后徑向瓦滑動(dòng)軸承作為徑向支撐，在非驅(qū)動(dòng)端采用一對(duì)7313BECBM 角接觸球軸承背靠背安裝的方式作為轉(zhuǎn)子軸向定位。

2 檢修過(guò)程及故障判斷

在檢修過(guò)程中對(duì)非驅(qū)動(dòng)端軸承箱進(jìn)行檢查并更換軸承，徑向瓦未發(fā)現(xiàn)受損，徑向瓦間隙及預(yù)緊力在正常范圍內(nèi)，在拆解推力軸承并解體發(fā)現(xiàn)推力軸承一側(cè)軸承滾珠表面存在較多劃痕，軸承內(nèi)圈存在點(diǎn)蝕，如圖1 所示。分析潤(rùn)滑油并未發(fā)現(xiàn)其他雜物，判斷軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中軸向力過(guò)載造成疲勞磨損，磨粒繼續(xù)加大軸承的受損情況[1]。根據(jù)非驅(qū)動(dòng)端軸承結(jié)構(gòu)，由推力軸承受軸向力，正常工況下并無(wú)軸向力產(chǎn)生，故判斷為平衡系統(tǒng)故障造成軸向力過(guò)大的現(xiàn)象，引起軸承損壞。

圖1 推力軸承磨損

3 平衡系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)子軸向力的影響

離心泵軸向力的產(chǎn)生主要有2 個(gè)方面[2]：①葉輪前后兩側(cè)因液體壓力分布情況不同引起的軸向力，如輪蓋側(cè)壓力低、輪盤(pán)側(cè)壓力高，其方向?yàn)樽匀~輪背面指向入口；②液體流入和流出葉輪的方向和速度不同而產(chǎn)生的動(dòng)反力，主要以前者為主，由機(jī)泵出口側(cè)指向吸入口側(cè)。

多級(jí)離心泵為了平穩(wěn)工況降低波動(dòng)采用了平衡鼓盤(pán)的結(jié)構(gòu)[3]，本多級(jí)泵采用平衡鼓盤(pán)與平衡套之間組成平衡機(jī)構(gòu)，同時(shí)在外部使用平衡管連接入口及平衡盤(pán)的腔來(lái)調(diào)節(jié)平衡盤(pán)軸向推力，并在平衡管位置添設(shè)壓力表查看密封腔壓力。具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示：平衡盤(pán)裝置中有2 個(gè)間隙，一個(gè)是由平衡套和軸套外圓形成的間隙b1，另一個(gè)是平衡盤(pán)與平衡環(huán)形成的軸向間隙b2，平衡盤(pán)后面的平衡室與泵吸入口連通。徑向間隙前的壓力是葉輪后泵腔的壓力P1，通過(guò)徑向間隙b1下降為P2，又經(jīng)過(guò)軸向間隙b2下降為P3，平衡盤(pán)后面的壓力為P4，由于平衡盤(pán)后面的平衡室通過(guò)平衡水管與泵吸入口聯(lián)通，P4就等于泵吸入口的壓力加平衡水管的管阻損失。吸入室的壓力很小，因此平衡盤(pán)前面的壓力P2遠(yuǎn)大于后面的壓力P4，其壓差在平衡盤(pán)上產(chǎn)生平衡力F，以平衡作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力A。

圖2 平衡盤(pán)受力分析

機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子受到從高壓側(cè)到低壓側(cè)的軸向力作用，由出口位置向泵吸入口方向移動(dòng)，間隙值b2減小至平衡位置（0.1～0.2 mm），此時(shí)由于經(jīng)過(guò)平衡盤(pán)間隙b2的物料泄漏極少而導(dǎo)致P2增大，通過(guò)平衡管物料流失造成P4降低，在某一瞬間達(dá)到軸向力平衡。但是因?yàn)閼T性作用，平衡盤(pán)繼續(xù)向前移動(dòng)，超過(guò)了軸向力平衡的位置，P2更大，平衡力大于軸向力，轉(zhuǎn)子又要向出口方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)b2增大到平衡位置時(shí)同樣不會(huì)立即停止，造成軸向力又大于平衡力，轉(zhuǎn)子又要向左運(yùn)動(dòng)。因此平衡盤(pán)的工作過(guò)程是處于運(yùn)動(dòng)平衡的過(guò)程，平衡是暫時(shí)的、相對(duì)的，而轉(zhuǎn)子的軸向位移反復(fù)波動(dòng)是一直存在的[4]。

根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，軸向力過(guò)大會(huì)直接引起推力軸承的疲勞磨損，嚴(yán)重的會(huì)造成轉(zhuǎn)子與定子之間的磨損和平衡盤(pán)的磨損。推力軸承的受損影響潤(rùn)滑油性質(zhì)和溫度，從而影響非驅(qū)動(dòng)端徑向軸瓦的潤(rùn)滑，多級(jí)泵的徑向支撐的改變，嚴(yán)重影響機(jī)泵轉(zhuǎn)子與定子之間的各口環(huán)間隙和平衡鼓間隙，引起平衡盤(pán)與平衡套之間的同心度不合格，造成平衡盤(pán)的磨損與報(bào)廢現(xiàn)象。同時(shí)轉(zhuǎn)子因軸向力不平衡、軸向位移往復(fù)波動(dòng)情況，還容易造成密封裝置因軸向沖擊引起彈簧微振、密封面預(yù)壓縮量提供緊力的波動(dòng)損壞引起泄漏等現(xiàn)象。

4 平衡系統(tǒng)的檢修與裝配

零部件的拆卸檢查過(guò)程中，對(duì)影響轉(zhuǎn)子平衡的機(jī)構(gòu)位置、轉(zhuǎn)定子之間形位公差的因素進(jìn)行逐項(xiàng)排查，分析診斷機(jī)泵受損原因，提出合理的檢修方案。

（1）查看平衡管壓力表情況，確認(rèn)平衡管是否存在堵塞情況。如果平衡管堵塞將造成平衡盤(pán)無(wú)法平衡軸向力，加大主軸承的磨損程度，因此多級(jí)泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)物料的清潔程度要求較高，一般出現(xiàn)此種情況的可能性較低。

（2）確認(rèn)徑向瓦是否存在磨損情況。徑向瓦的磨損將直接影響平衡鼓的徑向間隙，造成平衡鼓刮蹭，嚴(yán)重影響泄漏量磨損平衡鼓甚至造成轉(zhuǎn)子無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)等惡劣現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)此種惡劣現(xiàn)象，多級(jí)泵的級(jí)間口環(huán)等其他部位也存在磨損的可能性，因泵廠零部件制作周期較長(zhǎng)及對(duì)轉(zhuǎn)子定子同心度的要求和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度要求，需返廠全部解體檢查后重新更換零件裝配，檢修周期過(guò)長(zhǎng)，對(duì)裝置穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)一定隱患。

（3）檢查平衡鼓與平衡套之間的間隙b2。根據(jù)平衡盤(pán)的原理和圖2，設(shè)備軸向力基本是不存在的，排除前面列舉的因素后，正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)子平衡盤(pán)與平衡套之間的間隙值b2對(duì)軸向力的影響成為主要因素，如圖3 所示[5]。拆卸過(guò)程中根據(jù)軸承磨損位置確認(rèn)b2值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的差距是過(guò)大還是過(guò)小，如果間隙過(guò)大則泄漏量過(guò)大，軸向力方向由出口指向入口側(cè)，主軸承受力磨損。

圖3 平衡力隨軸向間隙波動(dòng)

在設(shè)備整體裝配過(guò)程中，首先調(diào)整轉(zhuǎn)子流道對(duì)中，確定轉(zhuǎn)子位置，吸入側(cè)竄量占總竄量的50%～60%；保證轉(zhuǎn)子流道對(duì)中情況下平衡鼓盤(pán)的軸向位置，降低流道動(dòng)反力對(duì)軸向平衡的影響。此操作在機(jī)泵制造過(guò)程中進(jìn)行，平衡盤(pán)無(wú)磨損的情況下不予檢修，但是仍需要檢查流道對(duì)中情況下平衡盤(pán)的軸承位置是否合格，確保平衡盤(pán)與平衡套的間隙值與流道對(duì)中時(shí)平衡盤(pán)位置相匹配。

5 平衡盤(pán)間隙波動(dòng)范圍的控制

平衡系統(tǒng)的安裝過(guò)程中，對(duì)平衡盤(pán)軸向位移的限制直接影響平衡系統(tǒng)的作用范圍，該間隙值通過(guò)軸承的安裝過(guò)程來(lái)控制，本機(jī)泵采用FAG 公司的7313BECBM 軸承背靠背成對(duì)安裝，配對(duì)軸承安裝采用較寬的軸向間隙值，黃銅保持架：背靠背裝配軸向游隙范圍一般為0.10～0.20 mm，推力軸承軸向位移允許范圍一般為0.2～0.3 mm。在推力軸承裝配時(shí)，需要先將平衡盤(pán)與平衡套貼合，之后在裝配緊固軸承鎖緊套時(shí)，使用百分表打表測(cè)量緊固螺栓過(guò)程中，將轉(zhuǎn)子平衡盤(pán)拉離平衡套的距離，根據(jù)鎖緊后百分表測(cè)量數(shù)值調(diào)整推力軸承調(diào)整墊的厚度，以保證平衡機(jī)構(gòu)平衡盤(pán)的間隙b2處于0.1～0.3 mm。因此間隙較小，為了保證b2間隙，必要時(shí)需測(cè)量平衡套與平衡盤(pán)之間的貼合程度，保證70%的貼合度。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)打表測(cè)量所得平衡盤(pán)間隙達(dá)0.54 mm，現(xiàn)場(chǎng)在軸承調(diào)整環(huán)位置增添0.40 mm 墊片并回裝，經(jīng)過(guò)試運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量所更換軸承振動(dòng)高頻加速度值未超過(guò)30 m/s2，確認(rèn)試轉(zhuǎn)合格，平衡管壓力降低，無(wú)波動(dòng)，軸向力消除。

6 結(jié)論

因平衡機(jī)構(gòu)原理對(duì)轉(zhuǎn)子軸向位置的要求，提高對(duì)軸承的日常運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)、軸承潤(rùn)滑及振動(dòng)監(jiān)測(cè)，避免軸承磨損，保證軸承的軸向游隙，在多級(jí)泵的設(shè)備管理方面起著重要的作用。目前，機(jī)泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)普遍采用GB 29531、ISO 10816 等標(biāo)準(zhǔn)，主要測(cè)量設(shè)備速度能量值，該標(biāo)準(zhǔn)在轉(zhuǎn)子對(duì)中、平衡及刮蹭等方面的故障判斷可以及時(shí)反應(yīng)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，但是在機(jī)泵采用徑向瓦支撐的情況下，仍然采用此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)推力滾動(dòng)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)將失去實(shí)際參考價(jià)值，建議采用GB 32325 高頻報(bào)警值或以監(jiān)測(cè)軸承壽命為主的振動(dòng)加速度高頻振動(dòng)值，輔以設(shè)備平衡系統(tǒng)壓力值判斷轉(zhuǎn)子軸向平衡情況，同時(shí)加入潤(rùn)滑系統(tǒng)潤(rùn)滑油溫度和潤(rùn)滑油分析來(lái)衡量和判斷設(shè)備的運(yùn)行情況，保障設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行。