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高速離心泵機械振動和密封泄漏的原因分析

2013-11-08

李玉臻　任波　魏根良
（中石油烏魯木齊石化分公司化肥廠，新疆烏魯木齊，830019）
　　中石油烏魯木齊石化分公司化肥廠二尿素車間高壓離心泵是從美國“神達英”公司引進的臥式雙級高速離心泵，型號HMP-3512，揚程2417m，排出壓力16.6MPa，轉(zhuǎn)速19192r/min，設(shè)計流量70m3/h。主要結(jié)構(gòu)特點是一二級葉輪分別安裝在增速箱兩側(cè)的高速齒輪軸上，由中間低速齒輪帶動兩側(cè)高速齒輪軸旋轉(zhuǎn)，低速齒輪軸通過托馬斯聯(lián)軸節(jié)連接，由電壓6000V、轉(zhuǎn)速2984r/min的電動機直接驅(qū)動。該泵一二級上機械密封結(jié)構(gòu)分別采用雙端面靜止彈簧式機械密封和串聯(lián)靜止彈簧式機械密封。兩套機封由壓力8MPa、溫 度35℃的冷凝液密封和冷卻。此泵經(jīng)過多年運行，從2000年開始該泵振動增大，機封泄漏嚴重。到2001年機封泄漏次數(shù)明顯增多，全年因機封泄漏停車13次，振動及軸位移高停車4次。從以上停車次數(shù)看軸振動和機封泄漏是影響該泵運行的主要因素。
　　1　軸振動和機械密封泄漏原因分析
　　1.1 高速軸振動大（0.35～0.50/mμ）的原因
　　1）主要是低速軸與電機Z初的對中誤差很大，在徑向上電機比泵高1.18mm，左右相差0.22mm，角向誤差0.35mm。由于轉(zhuǎn)子的對中不良，改變了轉(zhuǎn)子軸頸與軸承的實際工作位置，從而改變徑向軸承的工作狀態(tài)，也降低了軸系的固有頻率，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)生異常振 動。 
　　2）高速軸的徑向軸承瓦背與軸承蓋之間，在裝配時應(yīng)該有一定的過盈量（0.03～0.05mm）[1]，防止徑向軸承在軸承座內(nèi)轉(zhuǎn)動或跳動。但是檢查中卻發(fā)現(xiàn)軸承蓋與軸承瓦背有0.01mm的間隙，此間隙造成徑向軸承在軸承座上不能完全固定，從而引起高速軸的振動。
　　3）高速軸徑向間隙0.18mm，超過標準值0.08～0.16mm，軸振動增高。
　　4）高、低速齒輪的齒面有損傷，齒面塑性變形凸起處高于齒面0.02mm，局部異常的輪齒在嚙合時就會產(chǎn)生沖擊振動[2]。
　　1.2 機械密封泄漏的原因
　　1）機械振動過大是引起機封泄漏的主要原因，它可以破壞密封端面液膜而造成泄漏，甚至造成機封的磨損、開裂、損壞。
　　2）由于該泵轉(zhuǎn)速高、壓力大，在一級氨側(cè)、水側(cè)采用雙端面靜止彈簧式機械密封，油側(cè)采用靜止彈簧式機械密封，二級氨側(cè)、水側(cè)采用串聯(lián)靜止彈簧式機械密封，油側(cè)采用的機械密封與一級相同，并且要求機封要有較高的制造精度和較好的裝配質(zhì)量[3]。在檢查中發(fā)現(xiàn)，機封泄漏的另一個主要原因，是由于國產(chǎn)油封靜環(huán)的制造缺陷以及氨側(cè)機封靜環(huán)的偏磨。主要表現(xiàn)在安裝的油封靜環(huán)底座比原裝靜環(huán)底座高1.2mm，從而使機封壓縮量過大，端面比壓升高，造成機封端面過熱引起動環(huán)燒傷碎裂，靜環(huán)磨損嚴重，軸間橡膠密封環(huán)老化，油封嚴重泄漏。還由于一二級機封動環(huán)和油封動環(huán)都是用軸套和葉輪螺母固定在高速度軸上，因此油封動環(huán)的損壞，使高速軸上的動環(huán)Z初安裝位置發(fā)生改變，從而也引起了氨側(cè)機封泄漏。氨側(cè)機封靜環(huán)的偏磨主要由于在組裝密封座及密封殼體時受力不均以及靜密封環(huán)彈簧動作粗糙或靜環(huán)被卡住所致。
　　2　采取的措施
　　2.1 減小機械振動
　　1）恢復(fù)規(guī)程要求的技術(shù)標準：對該泵進行重新找正，將百分表架在電機一側(cè)，經(jīng)過找正計算得知，電機前支承腳需減取調(diào)整墊片1.29mm，后支承腳需減取調(diào)整墊片4.39mm。將對中誤差Z終校正到技術(shù)要求的范圍內(nèi)（徑向Z大誤差不允許超過0.33mm，Z大角誤差不允許超過0.25mm）。電機比泵高0.15mm，角誤差相差0.18mm，電機與泵左右相差0.06～0.07mm。
　　2）軸承壓蓋與軸承瓦背的配合在規(guī)程和技術(shù)要求中規(guī)定，必須要有0.03～0.05mm過盈。但是在檢修中發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋與軸承瓦背有0.01mm間隙。此間隙是軸承壓蓋與軸承座之間涂較厚的密封膠所致，由于蓋與座和增速箱上下缸成一體，所以要求制造精度很高，屬剛性密封，不許在接合面涂任何密封劑或少涂密封劑。
　　3）高速軸徑向間隙超過0.08～0.16mm，更換徑向軸承。
　　4）低、高速齒輪的齒面損傷主要是運輸、儲藏、檢修時沒有妥善保管造成齒輪損傷以及齒輪在運行時產(chǎn)生的點蝕所致。因此要求在檢修時，要仔細檢查需要裝配的齒輪和更換的新齒輪的齒面是否有點蝕或損傷。如果齒面有凸起或者輕微點蝕應(yīng)該仔細銼修，齒面點蝕嚴重時應(yīng)更換新齒輪。對于齒輪保管應(yīng)該制作專用齒輪架擺放，避免與地面和硬物相碰損傷。 
　　經(jīng)過以上措施，高速軸振動維持在0.12～0.16μm。
　　2.2 消除機封泄漏
　　1）恢復(fù)機封的原始尺寸，按規(guī)程要求進行裝配，要求機封制造廠家修改機封靜環(huán)底座尺寸，將尺寸恢復(fù)到原裝配件的設(shè)計尺寸。并且油封靜環(huán)底座在泵上組裝完后，應(yīng)將靜環(huán)推到底檢查，看靜環(huán)端面是否低于軸肩0.1～0.5mm，如果沒有低于軸肩應(yīng)該禁止使用該 機封。當松開靜環(huán)后回彈，此時靜環(huán)端面應(yīng)高于軸肩3～4mm。這樣就可保證油封具有適合的壓縮量以及適當?shù)亩嗣姹葔骸?br /> 　　2）在組裝密封底座和密封殼體時，要用扭距扳手根據(jù)規(guī)程提供的每個螺絲的扭距，均勻、對稱、小心，分幾次緊完，不可一次緊完。以免動靜密封端面與軸心線垂直度以及相對平行度偏差過大，從而造成泄漏甚至壓碎靜環(huán)。在組裝時要仔細檢查靜環(huán)動作是否靈 活，如果動作粗糙應(yīng)禁止使用。
　　3　結(jié)論
　　高壓高速離心泵對配件要求非常高，特別是機封和旋轉(zhuǎn)件一定要保證良好的尺寸精度和裝配質(zhì)量。要求工藝操作一定要平穩(wěn)，避免頻繁開停車以及較大的流量波動，從而造成軸向串動引起機封泄漏。通過以上措施，該泵經(jīng)過8個月的運行，未發(fā)現(xiàn)有較高的振動和嚴重的機封泄漏。
　　參考文獻：
　　[1]崔繼哲,陳留拴.化工檢修技術(shù)手冊.2001.57
　　[2]裴峻峰,楊其俊.機械故障診斷技術(shù).東營:石油大學(xué)出版.1977.110
　　[3]王汝美.使用機械密封.北京:中石化出版社,1995.34
來源：《大氮肥》2004年06期