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多级泵平衡盘和平衡鼓烧损原因分析与预防故障

文章出处:三昌泵业 人气:0发表时间:2020-04-17 10:19:14
       由于多级泵机械密封( YH680—70)泄漏停泵进行检查修理解体检查后发现机械密封波纹管断裂经对主轴弯曲度及圆度、圆柱度检查测量发现泵轴弯曲同时前主轴瓦烧损。随即更换密封、泵轴、前轴瓦并安装,主轴承间隙为0.10mm并检查润滑系统正常试运行正常。但运行不久再次发生故障。故障现象是振动大检修盘车时载荷重盘不动车,经解体检查发现机泵平衡盘和平衡鼓烧损因此对两次故障进行综合分析。
       1、多级泵平衡盘和平衡鼓烧损故障原因分析
       1)从多级泵的主要结构形式及平衡机构分析多级泵的工作原理是被输送的介质在给定压力下进入泵的吸入口在旋转的叶轮的作用下使介质的动能和势能都增加介质进入导叶后-部分动能转化为势能(每一级叶轮都配有一个导叶) ,导叶的反叶片在有利的水力特性下,把介质输送到下一级叶轮的入口。由于一级到另一级的这种过程的重复进行每一级都增加了同样的压力在通过末级导叶后流体进入到筒形体的环形室较后通过排出口进入到排出管路。
多级泵平衡盘
多级泵平衡盘
       多级泵主要有泵轴、叶轮壳体轴承、密封和平衡机构等组成。多级泵在检修过程中主要发现的是平衡机构中的平衡盘/平衡鼓组合烧损,它的平衡机构由平衡管和平衡盘/平衡鼓组成止推轴承不承受或只承受较小的残余轴向力。
       (1)轴向力的产生原因
       多级泵的轴向力主要由叶轮在旋转中所产生的压差以及前后盖板不对称所形成的其他叶轮产生的动反力只占很小一部分。由于吸入口和排出口处的压力不相等不完全对称的叶轮两侧的液体压力不相等从而产生轴向力。如果叶轮两侧的液体压力不计算轴的横截面积并且不考虑叶轮旋转对压力分布的影响则作用在叶轮上的力是由接收到的力之间的差值。轮子和轮罩接收的力 ,因为出口压力总是大于入口压力所以当离心泵旋转时沿着轴的力指向入口作用在转子上。
       (2)多级泵轴向力的平衡常见措施
       多级泵的轴向力的平衡测量通常包括叶轮的对称布置平衡鼓装置平衡盘装置平衡鼓和平衡盘组装装置还有一个双平衡鼓平衡机构叶轮对称布置或使用平衡鼓轴向力不能完全平衡推力轴承仍然需要承受残余轴向力多级泵更自动调节轴向力作用平衡盘平衡轴向力。
       (3)平衡盘平衡轴向力的原理
       来自叶轮的加压液体,通过平衡板和平衡板之间的径向间隙流入平衡盘和平衡板之间的水腔,使得水腔处于高压状态在平衡盘之后平衡管连接到泵的入口并且压力大约是泵的入口压力这样平衡盘两侧的压力不相等产生向后的轴向平衡力。轴向平衡力的大小随轴向位移而变化并且调节平衡盘和平衡板之间的轴向间隙(即平衡盘和平衡板之间的水室压力改变)以实现平衡。但这种平衡通常是一种动态平衡。平衡盘自动平衡轴向力因为平衡盘的两个间隙(径向间隙和轴向间隙)相互补充。平衡盘通过泄漏产生的压力差来改变平衡力。在没有泄漏情况下不能实现轴向力的完全平衡平衡盘的工作过程是一个平衡运动的过程。
多级泵平衡盘平衡轴向力的原理示意图
       如图1所示,平衡盘安装在多级泵的末级叶轮背后,平衡盘除轮毂(或轴套)与泵体之间有一个间隙b外,在盘与泵体之间还有一个轴向间隙bo平衡盘的背后则是通入口管的平衡室。末级叶轮背后的高压液体流向径向间隙b压力从P降到P由于P'>P(平衡室压力)平衡盘两侧产生压力差压力p液体将平衡盘推向后面并经间隙bo流向平衡室,这推开平衡盘的力即为平衡力,与转子的轴向推力方向相反。当叶轮上的推力大于平衡力时,转子就向前移,使间隙b。减小减少了泄漏量而压力p则增高,也就增加了平衡力转子不断前移P也不断增高当移到某一位置时平衡力与轴向推力相等亦即达到了平衡,由于惯性运动着的转子不会立即停止在平衡位置上还要继续移动,轴向间隙bo还会继续变化.直到因阻力而停止,但停止的位置并非平衡位置此时平衡力超过轴向力所以又使转子向相反方向即向后移动即又开始了一个新的平衡循环。这样多次反复动作一次比一次移动的少较后可稳定下来使转子停留在新的平衡位置上。当泵的工况发生变化时轴向力也就会又如上所述重新调节。
       当工况变化时平衡盘可以通过轴向间隙的变化使其所产生的平衡力能够自动的适应轴向力的变化,从而达到“自平衡”的效果。通过作用在平衡盘上的压强Pa所产生的压力差产生的平衡力F"与转子产生的轴向力F达到平衡。
       (4)从平衡机构本身分析故障原因
       <1>平衡管不畅通
       通过以上轴向力的产生和平衡原理可以看出当平衡管堵塞时平衡机构就产生不了平衡力失去了作用这时泵的轴向力将使平衡盘和平衡鼓严重摩擦造成烧损,所以维修人员在检修平衡机构时,首先要检查平衡管是否畅通。
       <2>零件形状公差不合格
       由于平衡盘、平衡鼓的加工精度和表面粗糙度要求较高一般不会出现问题但在装配时经常有不合格的现象发生比如垂直度和平行度以及平衡盘、平衡鼓间隙超差等导致平衡盘平衡鼓之间间隙不均匀或过大、或小都可能引|起平衡装置失效或烧损。
       <3>螺丝紧力不均匀
       由于平衡机构和排出段是靠螺钉连接的如果拧紧力不均匀或者是紧固不到位就会引起压力从此处泄出压力的外泄导致平衡力过小从而引起平衡机构研磨严重时烧损,所以在日常检修中要注意几个固定螺钉一定要均匀拧紧。
       2)泵轴弯曲的影响
       在2次故障和其他检修中发现泵轴容易发生弯曲现象。几种常见的轴弯曲原因如下。
       (1)材料缺陷材料不均匀加热后膨胀会不均匀导致热弯曲如果在制造阶段存在残余应力则在加热后应力将被释放,这也将导致热弯曲。
       (2)动态和静态摩擦。当转子和静止部件之间的间隙消失时会发生动态和静态摩擦导致接触温度升高导致转子温度分布不均匀和热弯曲。
       (3)套装叶轮松动。固定叶轮的松动改变了热阻导致转子和叶轮之间接触的温度不均匀导致热弯曲。
       (4)套装部件的间隙消失将转子蹩弯。泵轴一旦发生弯曲会造成-系列的问题比如口环轴套、叶轮等磨损对平衡机构的损害更大会使垂直度和平行度严重超差进而导致平衡盘、平衡鼓之间间隙不均匀破坏它们之间的稳定液膜而发生干摩擦引起平衡装置失效或烧损。
       3)转子窜量调整的影响
       合理确定和调整泵容积是修复多级泵的关键,也是使其在高效运行范围内的措施之一。密封压缩量的测量 轴承的安装平衡板平衡鼓平衡等都将受到转子量的影响。组装泵时测量转子的总体积。此时没有安装平衡盘并且在平衡盘上安装衬套并通过锁紧螺母与每级的转子锁定,并且首先将转子推向吸入口使得叶轮和泵体均密封密封圈用深度计测量从肩部到泵体一侧的距离然后将转子拉回到排出侧,使叶轮的后盖靠近导轨叶片然后测量此时的距离两者之间的差异是总窜量。
       在测量和调节总体积后,需要测量和调节平衡盘的轴向体积。在平衡盘安装并用锁紧螺母锁定之后根据.上述测量总体积的方法测量平衡盘的轴向体积。当测量的平衡盘轴向体积过小时在平衡盘套筒的内端添加一个合适的调节垫圈。 当测量的平衡盘的轴向窜量过大时在泵体平衡环的背部加合适的垫片或对平衡盘轴套进行适当的切削,从而保证平衡盘适当的间隙否则平衡盘将失去平衡轴向力的能力或损坏。
       在多级泵的维护期间间隙的调整非常重要在以正确的方式调整和修理泵之后,泵可以正常运行以防止各种异常磨损。
       4)频繁开启的影响
       由于平衡机构具有开启时有磨擦的特性,此时稳定的液膜难以形成因此这种结构不适合用于频繁开启的场合所以在日常运行中尽量避免短时间内多次开启。
       设备故障的发生往往不是单一原因的结果是零配件的材料.精度装配对量操作运行等综合因素的影响通过对烧损情况的判断分析故障原因主要是3个方面。
       (1)泵运行前期轴弯曲造成平衡系统不均匀磨损垂直度和平行度超标破坏它们之间的稳定液膜而发生干摩擦引起平衡装置失效或烧损。
       (2)叶轮口环磨损支撑轴瓦磨损造成转子下落使平衡鼓内径与平衡套外径相互非正常磨损严重进而烧结。
       (3)对量轴承在较终对轴的窜动量时要把平衡鼓和平衡盘端面间隙调整为0.15 mm左右在调整量不符合要求时会造成平衡鼓和平衡盘端面干摩擦导致烧损。
       2、操作和维修优化建议
       (1)在日常运行中设备管理人员操作人员、维修人员加强巡检认真检查泵及其附属的润滑、冷却等系统的运行情况监测泵运转时的噪音、温度密封泄漏情况和润滑油位在机泵出现异常声响或发生故障时马上上报或停车,及时查明原因并消除。尽量避免不必要的多次开启保证操作平稳。
       (2)了解清楚泵的原理不但是维修人员必须做的也是设备管理人员和操作人员应该做的,故障都是由小至大的方向发展变化的,如果设备管理人员和操作人员对泵的工作原理和结构特点有所了解就会及时发现问题及时修理避免发生烧轴烧平衡机构等故障的发生。正如此多级泵的平衡机构就可以通过平常测量泵的窜动量来检测有多少磨损量,如果发现窜动量的明显变化即便泵没有明显故障,也应该停泵检查原因以免造成大的故障或事故实际上减少了维修量,节约了人力和配件等成本。
       (3)设备维修,人员在检修设备时要保护性拆卸对原始数据认真测量并及时做好记录。对各零部件清理检查并做好相关记号按顺序摆放按检修规程组装测量、盘车、对量等确保一次性安装试运正常降低维修成本保证各装置设备长周期平稳运行。

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