多级离心泵振动、泄漏的问题分析

多级离心泵因其高扬程、中压力、大流量、稳定性好等特点在炼油化工企业得到广泛应用。

    1、故障现象

    该类泵投产以来，维修难度较高，故障现象多表现为泵体振动大，机械密封泄漏，多次振动速度达13mm/s以上，电机电流超标跳车。最初两次检修只拆开前后端盖检查轴承、机械封和出液端的平衡盘，更换了轴承和机械封的损坏部件，每次均发现平衡盘及平衡座端面有不同程度摩擦损伤，按经验将光刀回装后故障现象仍旧。后将整个泵体大修解体，检查所有零件，发现各级叶轮、导叶轮、轴套、平衡盘、平衡套及密封环都存在不同程度的磨损，泵轴弯曲，轴承座与泵轴的同轴度偏差较大。

    2 、原因分析

    2.1　多级离心泵存在较大轴向推力

    每次检修拆开检查平衡盘，都发现其表面被擦伤，多为轴向推力过大而造成的。多级离心泵的轴向推力比单级离心泵大得多，如果设单级叶轮的轴向推力为FA，对同样尺寸的多级离心泵叶轮，其级数为i，则总的轴向推力为iFA，多级离心泵的轴向推力可在几十kN，甚至上百kN。它的轴向推力的平衡方法是采用平衡盘，其结构如图1。离心泵正常工作时，末级叶轮出口处压力P2通过径向间隙b后，泄漏到平衡盘中间室的液体压力降到平衡盘前的压力P1，液体再经过轴向间隙，压力降为P0，在平衡盘两侧由于压力差P1-P0的存在，作用在相应的有效面积上，便产生了与轴力方向相反的平衡力-FA。若因负荷的变化使轴向推力增大，当作用在平衡盘上的平衡还未改变时，轴向推力将大于平衡力，转子便朝吸入侧位移一段微小距离。此时，轴向间隙减小，泄漏的液体量将会减小。而径向间隙b是不变的，当泄漏量减小时，阻力损失减少，平衡盘前的压力P1升高。同时泄漏量减少也会使平衡室内的压力P0下降。这样在平衡盘两侧的压力差增大，平衡力增加。直到轴向间隙b0减少到使平衡力与轴向推力相等为止。反之亦然。

    2.2　叶轮密封环间隙的影响

    检查中发现，叶轮的密封环间隙磨损较为严重，检修规程要求控制在0.3～0.44mm，而实际多数已达到1mm以上，有的间隙甚至有2mm。当密封环的间隙变大后使葉轮前盖板与泵腔内产生了径向流动，当有径向流动时，会改变泵腔内的压力分布，使前泵腔中液体压强减小。这是因为叶轮出口压力不变，液体在流动中必然产生附加压力。于是增大了轴向力。8个叶轮的密封环间隙都有较大磨损，单个叶轮的轴向推力也都增大了，而整台泵的轴向推力是8个叶轮轴向推力的迭加。而且导叶轮与叶轮之间的间隙也磨损增大，又进一步增大了轴向推力。整个轴向推力增大后，以前平衡盘的结构就不能完全抵消轴向推力了。

    2.3　零件的相互影响

    密封环间隙及叶轮与导叶轮间隙磨损增大最终导致平衡盘磨损，这并不是一个单向的问题，泵体众多轴系零件之间的故障影响是相互的。泵轴弯曲，轴承座与泵轴的同轴度偏差，造成叶轮、导叶轮、泵壳、密封环、轴套的磨损，使泵体振动加大，轴向推力也增大，而平衡盘与平衡座也发生摩擦。反之泵体振动也会因平衡盘的摩擦而升高，从而使叶轮、导叶轮、密封环、轴套、轴承等零件的磨损加剧，故障进一步恶化。

    3 、处理措施

    针对具体问题，作出了以下几方面的处理：第一，以前泵轴材质为316奥氏体不锈钢，实际运行中刚度不够，后改为强度和硬度更高的00Cr25Ni22Mo2奥氏体不锈钢以达到更好的刚度，加工新轴，确保其径向圆跳动以轴承处轴颈为基准不大于0.03mm。同时加工各级轴套予以更换。第二，将轴承座的内孔光刀后重新镶套，保证安装轴承后，轴承中心与泵轴的同轴度，减小振动，避免内部零件摩擦。第三，以前平衡盘与平衡套的材质也是316不锈钢，为了增强平衡盘的耐磨性，采用对其表面用压弧焊进行堆焊，焊条用硬度较高的00Cr25Ni22Mo2不锈钢。

    4 、工艺操作中应注意的问题
 对于多级离心泵的操作，要注意一些问题。首先应避免频繁切泵，在启泵及切泵过程中，要注意防止泵的汽化。在启泵之前，为了防止进出口阀内漏而使介质在泵体气化或气蚀，造成平衡盘与平衡座、机封的动环与静环之间形不成液膜而发生摩擦损伤。所以启泵前引入介质后应充分排气，待泵体温度降下来后再启动泵运动。如遇泵启动后出口无压力，应立即停泵，排气充分后再启动。工艺操作要求平稳。