郝鵬，陳戰(zhàn)勇，周智超(中國石油大連石化公司，遼寧 大連 116031)

0 引言

本文在對離心泵裝置特性和工作點進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分析了泄漏導(dǎo)致的離心泵裝置工作點變化和離心泵性能參數(shù)變化特點，并利用離心泵性能參數(shù)的變化規(guī)律對實際運行中的離心泵葉輪密封環(huán)磨損故障進(jìn)行了診斷和分析。

1 離心泵裝置特性與工作點

離心泵在管路中工作時，泵串聯(lián)在管路中，泵所提供的能頭H與管路所需的能頭h應(yīng)相等；泵所排出的流量與管路中輸送的流量應(yīng)相等。這時泵裝置能處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)。將泵的揚程性能曲線H-Q與管路特性曲線h-Q畫在一張圖上，稱為裝置特性，如圖1所示。這兩條性能曲線的交點即為工作點，標(biāo)記為M，且M點是流量平衡和能量平衡的唯一穩(wěn)定工作點[1]。

圖1 離心泵裝置特性

對應(yīng)不同的工作點可以在離心泵的N-Q性能曲線和η-Q性能曲線上找出與之相對應(yīng)的軸功率和效率，離心泵的工作點所對應(yīng)的流量、揚程、功率和效率稱為離心泵的工作性能參數(shù)。

由于工作點是離心泵性能曲線和管路特性曲線的交點，運行過程中的離心泵裝置，泵和管路任何一方發(fā)生變化，都會引起工作點的變化。當(dāng)工作點改變以后，管路內(nèi)的流量和所需能頭自然發(fā)生改變，導(dǎo)致泵所提供的流量、揚程、功率和效率也會隨之相應(yīng)變化，即離心泵的工作性能參數(shù)發(fā)生變化。

2 離心泵裝置中泵泄漏引起性能參數(shù)變化規(guī)律

由于離心泵的靜止部件與轉(zhuǎn)動部件之間有間隙，當(dāng)泵工作時，因間隙兩側(cè)的液體獲得的能頭不同而產(chǎn)生壓力差，造成部分液體從高壓側(cè)通過間隙泄漏到低壓側(cè)。泄漏主要發(fā)生在葉輪密封環(huán)與泵殼密封環(huán)之間的間隙處、多級泵級間導(dǎo)葉隔板與軸套間的間隙處、軸向力平衡裝置與泵殼間的間隙處、軸封處的間隙等。當(dāng)這些間隙處的間隙變大，泄漏量也會變大，導(dǎo)致從葉輪流出的液體中未從泵出口排出到排液管路中的液體量增大，泵出口流量降低。

在葉輪出口流量未發(fā)生變化的條件下，泵出口的壓力未變，就等于葉輪出口壓力，但由于間隙的增大，泄漏量的增加，泵排出口的流量減小。這樣對于泵本身來說，因為內(nèi)部泄漏，在相同出口壓力下，泵出口排出的流量降低，泵的性能曲線下移，如圖2中2線，為泄漏變大后的H-Q性能曲線，其可在原來正常工作時泵的H-Q性能曲線的橫坐標(biāo)上減去同一揚程下增加的漏損量來得到。

圖2 泄漏變大后的H-Q性能曲線和工作點變化分析

在一定的離心泵裝置中，若管路特性曲線不變，因離心泵泄漏增大，導(dǎo)致泵的性能曲線下移，泵的工作點將發(fā)生變化，如圖2中M1點。相比于工作點M，M1點流量Q1減小，揚程H1降低。 但M1點流量Q1只是泵出口和泵排液管路中的流量，并不是離心泵葉輪排出的流量。根據(jù)離心泵(不考慮泄漏)揚程降低，流量增加；揚程增加，流量減小的特點，如圖2中H-Q曲線。裝置工作點由M點變?yōu)镸1點，揚程降低，根據(jù)泵出口壓力就等于葉輪出口壓力，葉輪出口壓力降低，葉輪內(nèi)流量應(yīng)該是增加的，所以泵在工作點M1揚程降低其實質(zhì)是離心泵葉輪出口流量增加導(dǎo)致的。工作點M1所對應(yīng)的葉輪內(nèi)流量可在工作點M1作水平線交正常工作時泵的H-Q性能曲線于M2來得到，M2點的流量Q2就是葉輪內(nèi)(泵正常工作時)的流量。Q2減去Q1就是密封間隙增大導(dǎo)致離心泵產(chǎn)生的泄漏量。

由于泵裝置中離心泵泄漏增大后通過葉輪的流量實際是增加的，根據(jù)N-Q曲線流量增加功率增加的特點，在離心泵裝置中由于泄漏增大，泵的功率一般是增加的。而相比于原工作點M，泄漏增大后泵裝置中工作點M1的流量和揚程都是減小的，根據(jù)有效功率和效率的定義：

有效功率和效率則是降低的。所以在離心泵裝置中，若管路特性未變，泵因泄漏增大，將導(dǎo)致泵裝置流量減小，揚程降低(泵出口壓力降低)，功率增加，效率降低[2]。

3 離心泵葉輪密封環(huán)泄漏故障案例分析

案例1：

某石化公司三蒸餾裝置封油泵(位號P-1022B)為雙級離心泵，正常操作一開一備。額定流量10 m3/h，入口壓力0.1 MPa，出口壓力1.51 MPa，揚程178 m，介質(zhì)為封油(清潔柴油)，溫度為50 ℃。

該泵自上次檢修已累計使用7個月，該裝置設(shè)備管理人員按計劃對泵入口過濾器進(jìn)行清理施工，清理完畢切換至運行狀態(tài)期間發(fā)現(xiàn)該泵示數(shù)異常，電流額定42 A，實際45 A，電流超量達(dá)7.1%以上，且超電流同時流量也不足。

由于該封油泵是為三蒸餾裝置多臺密封方案為P32+53A提供密封沖洗冷卻介質(zhì)的封油(清潔柴油)，牽一發(fā)而動全身，所以當(dāng)即聯(lián)系機修及電氣現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)電壓和頻率都正常。這說明電流的增加不是電壓降低導(dǎo)致，而泵流量不足也不是因為電頻率降低導(dǎo)致的，所以該泵電流的增加和流量的降低應(yīng)該與電動機無關(guān)。為進(jìn)一步確定該泵性能參數(shù)異常的原因，利用泵裝置和離心泵本身的性能參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行了參數(shù)變化分析。根據(jù)電動機輸出功率與電流和電壓的關(guān)系，

在電壓和功率因數(shù)不變的條件下，電流增大，功率增大。這說明該泵在流量降低的同時，功率增加了。該泵工作流量在額定流量以下，根據(jù)N-Q性能曲線的變化規(guī)律，隨著泵出口流量的減小，泵的功率應(yīng)該是降低的，而該泵功率卻是增加的，這明顯不符合一般離心泵性能參數(shù)的變化規(guī)律。根據(jù)圖2離心泵泄漏后工作點變化的分析，當(dāng)離心泵發(fā)生泄漏時，泵的出口流量減小，但由于通過葉輪的實際流量是增加的，泵的功率是增加的。由于該泵性能參數(shù)的變化與離心泵在裝置中發(fā)生泄漏的性能變化規(guī)律相吻合，所以初步判斷可能發(fā)生了泄漏。對泵軸密封進(jìn)行檢查并沒有發(fā)生泄漏現(xiàn)象，剩下的泄漏可能就是不容易檢測的泵的內(nèi)泄漏了。

將泵解體檢查，正常級間軸套間隙標(biāo)準(zhǔn)為0.40～0.50 mm，此泵為雙級，實際測量一級葉輪口環(huán)間隙為1.2 mm，二級驅(qū)動端葉輪口環(huán)間隙為1.0 mm，二級非驅(qū)動端葉輪口環(huán)間隙為1.1 mm，測量級間軸套間隙為1.1 mm，超標(biāo)2倍，磨損后的葉輪口環(huán)如圖3所示。

圖3 磨損的葉輪密封環(huán)

重新制作全部的葉輪口環(huán)及級間軸套，加工返回后測量級間軸套間隙為0.42 mm，一級葉輪口環(huán)間隙為0.58 mm，二級驅(qū)動端口環(huán)間隙為0.63 mm，非驅(qū)動端口環(huán)間隙為0.65 mm，配件做好后機泵回裝完成再次試泵，流量滿足要求的情況下，電流正常，故障消除。

案例2：

某石化公司硫磺回收裝置除鹽水泵(位號P-2307B)為單級懸臂離心泵，正常操作一開一備。額定流量20 m3/h，入口壓力常壓，出口壓力0.6 MPa，揚程60 m，介質(zhì)除鹽水，溫度50 ℃。

該泵上次維修后，累計運行時間18個月，該泵在啟動后未開出口閥的狀態(tài)下電流便接近上限(18 A)。排查電機無異常情況，故對泵解體檢查。檢查發(fā)現(xiàn)軸承無明顯損壞，轉(zhuǎn)子無蹭磨痕跡，葉輪腐蝕、沖刷嚴(yán)重。檢查葉輪口環(huán)及殼體口環(huán)，發(fā)現(xiàn)口環(huán)磨損，測量口環(huán)配合間隙為1.8 mm，超標(biāo)。

因該泵葉輪口環(huán)與葉輪為整體式，需要對葉輪口環(huán)進(jìn)行修圓處理，最終保證葉輪口環(huán)直徑為φ60.00 mm。同時，對蝸殼安裝口環(huán)位置進(jìn)行修圓，加工新殼體口環(huán)安裝。安裝殼體口環(huán)后，測量殼體口環(huán)內(nèi)徑為φ60.40 mm，葉輪口環(huán)與殼體口環(huán)配合間隙為0.4 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)。施工結(jié)束后，泵開啟運行，電流正常(14.5 A)，故障消除。

4 結(jié)語

密封環(huán)是離心泵葉輪密封的常用部件，泵的運行過程中密封環(huán)磨損是不可避免的，如果不能及時發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的葉輪密封環(huán)磨損，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的意外事故。故障案例的分析證明利用口環(huán)磨損后泵的性能參數(shù)變化規(guī)律來診斷由于口環(huán)磨損導(dǎo)致的內(nèi)泄漏故障是可行的，為了實現(xiàn)離心泵口環(huán)磨損的監(jiān)測，改變定期維修所帶來的過剩維修，建立離心泵性能參數(shù)與口環(huán)磨損量的變化關(guān)系，特別是泄漏量與口環(huán)磨損量的關(guān)系，將是后面進(jìn)一步研究的重點。