楊遠鵬，程新民

（中國石油廣東石化分公司，廣東揭陽 515200）

0 引言

某石化公司裝置氣液分離罐底泵P-205B 為大連蘇爾壽泵及壓縮機股份有限公司制造，型號為ZE88-4500。裝置自2015年大修投產(chǎn)以來，運行效果一直不理想，聯(lián)軸器端止推軸承運行溫度長期偏高，一個月內(nèi)連續(xù)發(fā)生兩起軸承損壞事故，嚴重影響裝置的長周期運行。技術(shù)人員對該泵軸承運行溫度偏高的原因進行認真分析，最終通過葉輪平衡孔擴孔的方式，徹底解決了因泵軸向力過大導(dǎo)致的軸承運行溫度偏高的問題。

1 離心泵故障現(xiàn)象

2016 年6 月24 日，裝置崗位人員巡檢時發(fā)現(xiàn)氣液分離罐底泵P-205B 聯(lián)軸器側(cè)止推軸承溫度上升至123 ℃，于是緊急切換至備用泵，并聯(lián)系維修單位對P-205B 進行解體檢修。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)，該泵聯(lián)軸器側(cè)止推軸承（型號為7312BDB）外側(cè)角接觸軸承保持架嚴重磨損（圖1）。

圖1 止推軸承保持架損壞

維修單位為P-205B更換新的同規(guī)格型號止推軸承，并測量該泵葉輪口環(huán)間隙、止推軸承間隙以及軸向安裝間隙，均在指標范圍內(nèi)。檢修完成后開啟P-205B運行，通過72 h 特護監(jiān)測，該泵聯(lián)軸器側(cè)止推軸承溫度約71 ℃，振幅約0.02 mm，振動烈度約1.1 mm/s，除聯(lián)軸器側(cè)止推軸承溫度偏高外，其他運行參數(shù)均正常（表1）。

表1 2016 年6 月P-205B 特護監(jiān)測記錄

2016 年7 月1 日，裝置崗位人員巡檢時再次發(fā)現(xiàn)該泵聯(lián)軸器側(cè)止推軸承溫度上升至112 ℃，于是緊急切換至備用泵。對該泵拆檢后發(fā)現(xiàn)，泵聯(lián)軸器側(cè)止推軸承有潤滑油結(jié)焦現(xiàn)象，且軸承外圈軌道存在嚴重磨損痕跡（圖2～圖3）。

圖2 止推軸承有潤滑油結(jié)焦

圖3 軸承外圈軌道磨損

2 軸承溫度偏高的原因分析

故障發(fā)生后，車間組織設(shè)備技術(shù)人員、維修人員，分別從工藝操作、制造、潤滑、裝配、對中以及軸向力等各方面，對P-205B 聯(lián)軸器側(cè)止推軸承運行溫度偏高的原因進行分析，最終判斷原因是軸承承受軸向力過大。

2.1 工藝操作不平穩(wěn)

（1）原因：①工藝操作不平穩(wěn)，泵抽空引起的強烈振動造成軸承軸向竄動，引起軸承滾珠與軸承外圈磨損，造成軸承發(fā)熱；②泵超負荷運行，止推軸承無法承受過量的軸向力，引起軸承滾珠與軸承外圈磨損，造成軸承發(fā)熱。

（2）分析。調(diào)取當班班組的操作記錄，確認故障發(fā)生當天P-205B 并無調(diào)整操作，泵出口流量、壓力以及電機電流均在指標范圍以內(nèi)，因此排除工藝操作不平穩(wěn)因素。

2.2 軸承制造質(zhì)量差

（1）原因。軸承制造質(zhì)量差，存在裂紋、銹蝕、脫皮、凹坑、過熱變色、游隙超標等缺陷，都會造成軸承運行發(fā)熱。

（2）分析。該泵故障軸承型號為SKF 7312BDB，維修人員在更換新軸承前均進行過認真檢查與測量，確認新軸承無咬壞和磨損，軸承內(nèi)外圈、滾動體、保持架表面光潔，無裂紋、銹蝕、脫皮、凹坑、過熱變色等缺陷，測量軸承游隙均在指標范圍之內(nèi)，因此排除因軸承制造質(zhì)量因素。

2.3 軸承潤滑不良

（1）原因。軸承箱潤滑油量不足、潤滑油乳化變質(zhì)、機雜較多等會引起軸承潤滑效果不好，造成軸承發(fā)熱。

（2）分析。目前裝置機泵使用的是油霧潤滑新技術(shù)，技術(shù)人員對油霧潤滑主機油箱內(nèi)潤滑油進行取樣分析，潤滑油黏度、閃點、酸值、水分、機雜各項指標均在正常范圍內(nèi)；維修人員對該泵配霧器油霧進行檢查，油霧霧壓大，油霧量充足，因此排除軸承潤滑不良的原因。

2.4 軸承裝配不良

（1）原因：①裝配時軸承內(nèi)徑與軸或外徑與外殼配合過松，配合面會產(chǎn)生相對滑動、損傷軸或外殼，磨損粉末進入軸承內(nèi)部后也會引起滾珠與軸承外圈磨損，造成軸承發(fā)熱；②軸承間隙過小時，油脂在間隙內(nèi)剪切摩擦損失過大、會引起軸承發(fā)熱，同時油量減小不能及時帶走摩擦熱量，會進一步加劇軸承溫升。

（2）分析。維修人員在安裝軸承時對軸承裝配間隙以及軸承間隙多次進行測量，均在誤差允許范圍內(nèi)，因此排除軸承裝配不良的原因。

2.5 對中不良或軸彎曲

（1）原因。電機和泵聯(lián)軸器對中不良或泵軸彎曲，引起設(shè)備較大的振動和異常負載，造成軸承發(fā)熱。

（2）分析。維修人員對泵軸做靜平衡試驗，多點測量泵軸的跳動值均滿足使用要求，使用激光對中儀對電機和泵聯(lián)軸器對中進行測量，聯(lián)軸器外圓和端面測量也滿足指標要求，因此排除對中不良或泵軸彎曲的原因。

2.6 軸向力過大

（1）原因。軸承承受軸向力過大，超出止推軸承負載能力，引起軸承磨損，造成軸承發(fā)熱。

（2）分析。根據(jù)上述分析結(jié)果以及P-205B 拆檢情況，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器側(cè)止推軸承有潤滑油結(jié)焦現(xiàn)象，軸承外圈軌道存在磨損（圖2～圖3），綜合判斷泵止推軸承溫度偏高的原因是，軸承承受軸向力過大，引起軸承滾珠與軸承外圈軌道摩擦生熱，產(chǎn)生的高溫使軸承處潤滑油結(jié)焦，導(dǎo)致潤滑劣化，加速軸承滾珠與軸承外圈軌道的摩擦，產(chǎn)生更高的溫度。

3 解決方法

3.1 離心泵軸向受力分析

離心泵的軸向推力是指作用在泵轉(zhuǎn)子上、所有軸向力F 的合力，通常包括葉輪蓋板前后軸向力形成的合力、流體沖力、軸密封前后靜壓力形成的合力以及其他軸向力，可以通過以下4種途徑進行平衡[1]。

3.1.1 機械方法

即采用止推軸承來完全承受軸向力。止推軸承雖然能夠可靠的承受軸向力，但由于軸向力通常比較大，單獨用止推軸承來完全承受軸向力會使泵的結(jié)構(gòu)變的比較復(fù)雜。

3.1.2 結(jié)構(gòu)方法

即采用背靠背葉輪或雙吸葉輪的方法來平衡軸向力。由于設(shè)備制造誤差或兩側(cè)密封環(huán)磨損量不同，這種方法并不能完全平衡軸向力，存在一定的殘余軸向力，而殘余軸向力需用止推軸承來承受。

3.1.3 采用平衡或降低單個葉輪上軸向力的方法來平衡軸向力

（1）節(jié)流效應(yīng)：通過葉輪后蓋板設(shè)置密封環(huán)配合平衡孔。平衡孔總面積越大，葉輪后蓋板外腔室與葉輪吸入口之間的壓差越小，軸向力越小。此方法能夠減小葉輪后蓋板外腔室與葉輪吸入口之間的壓差，從而減小軸向力，但是會降低泵的效率，適用于小型單級離心泵。

（2）流體動力效應(yīng)：通過葉輪后蓋板加裝背葉片。在葉輪后蓋板上加裝幾個徑向背葉片，當葉輪旋轉(zhuǎn)時，由于背葉片的作用葉輪后蓋板外腔室壓力下降，從而減小軸向力。但是此方法也會降低泵的效率，適用于小型單級離心泵。

3.1.4 采用平衡裝置消除旋轉(zhuǎn)部件的軸向力

（1）設(shè)置平衡盤。平衡盤多用于臥式多級泵，裝在末級葉輪之后，它是通過末級葉輪后泵腔高壓液體經(jīng)徑向間隙與軸向間隙泄漏使平衡盤前后產(chǎn)生壓差來平衡軸向力的。平衡盤能夠自動平衡軸向力，但是如果沒有泄漏就不能完全平衡軸向力，且過大的軸向力會使平衡盤摩擦，造成轉(zhuǎn)子振動從而失去穩(wěn)定性。

（2）設(shè)置平衡鼓。平衡鼓平衡軸向力的大小由其直徑?jīng)Q定，因而是固定的，在工況發(fā)生變化時會產(chǎn)生殘余軸向力，需要用止推軸承來平衡。

故障泵P-205B 為臥式單級軸向吸入徑向剖分蝸殼式流程泵，根據(jù)其實際情況宜采用平衡或降低單個葉輪上軸向力中節(jié)流效應(yīng)的方法，以最大限度降低檢維修成本。經(jīng)過維修人員的充分討論和借鑒以往的檢修經(jīng)驗，決定采用葉輪平衡孔擴孔的方式來降低軸承受力，解決軸承運行溫度偏高的問題。

3.2 平衡孔擴孔理論依據(jù)

對于既定的離心泵，其葉輪后密封環(huán)直徑及徑向間隙、平衡孔大小及數(shù)量對平衡腔液體壓力及軸向力有著直接的影響。一般情況下，平衡孔總面積越大、葉輪后蓋板外腔室與葉輪吸入口之間的壓差越小，從而軸向力越小。但是隨著平衡孔孔徑的增大，平衡孔的泄漏量和泵的容積損失也會增大，進而導(dǎo)致泵效率下降。為了準確描述4 平衡孔直徑對平衡腔液體壓力的影響規(guī)律，通常引入平衡腔結(jié)構(gòu)的無因次特征參數(shù)，即葉輪的平衡孔總面積與后密封環(huán)徑向間隙斷面面積的比值，從控制平衡腔液體壓力及軸向力角度考慮，比面積存在最佳值[2]。

d——平衡孔直徑，mm

D1——泵蓋后口環(huán)內(nèi)徑，mm

D2——葉輪后口環(huán)外徑，mm

z——平衡孔數(shù)量

3.3 現(xiàn)場實施

維修人員測量P-205B 泵蓋后口環(huán)內(nèi)徑D1、葉輪后口環(huán)外徑D2以及平衡孔直徑d，得出：D1=165.48 mm，D2=164.8 mm，d=8 mm，z=3。

最終，維修人員根據(jù)上述計算結(jié)果取d1=16 mm，將該故障泵平衡孔直徑由8 mm 擴孔至16 mm。檢修完成后開啟P-205B運行，崗位人員通過72 h 特護監(jiān)測（表2），該泵聯(lián)軸器側(cè)止推軸承溫度為45 ℃左右，振幅約0.03 mm，振動烈度約1.2 mm/s，運行狀態(tài)良好。

表2 2016 年7 月P-205B 特護監(jiān)測記錄

4 結(jié)束語

通過對氣液分離罐底泵P-205B 止推軸承溫度高的原因認真分析，找出故障原因為軸承承受軸向力過大。根據(jù)相關(guān)試驗研究經(jīng)驗和計算，合理調(diào)整該泵葉輪平衡孔比面積值，采取對泵葉輪平衡孔擴孔的方式，降低軸承所受軸向力，徹底解決了聯(lián)軸器端止推軸承溫度偏高的問題，延長了機泵的運轉(zhuǎn)周期，保證裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)和長周期運行，也為維修單位機泵維修提供參考。