高速離心泵推力軸瓦燒損故障分析

劉 福，馬曉偉，胡建忠，潘 強

（中石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

高速離心泵利用一個小體積的擺線泵為各級軸承、齒輪提供潤滑油，通過加大葉輪轉速提高揚程，有體積小、轉動部件少、主軸短剛性好、運轉平穩、檢修方便等特點。但在實際使用過程中，經常會出現潤滑油壓力不足、推力片燒損的故障。通過對高速離心泵系統進行分析研究，找出故障原因并提出針對性解決方案，可以保證設備的平穩正常運行。

1 原因分析

1.1 滑動軸承與推力片結構存在缺陷

高速軸采用徑向軸承和推力片的組合形式進行定位，壓力油經由滑動軸承上的噴油孔噴射到止推面上。滑動軸承安裝推力片處的內徑40 mm，外徑為84.7 mm，但是推力片內徑為41.8 mm，外徑為83.8 mm，推力面上兩噴油對稱分布孔直徑為1 mm（圖1），安裝上推力片后噴油孔可能會被遮擋，造成供油不足。此外，推力片為整體式結構，表面沒有溝槽，一旦有雜物進入就可能導致推力片出現大面積磨損。

圖1 高速軸軸承及內部結構示意

1.2 潤滑油油路系統故障

如果設備的潤滑油循環系統存在以問題，就會引起因潤滑油供應不足而導致的推力片磨損。

（1）內部潤滑油泵為系統提供動力，潤滑油先經過外部換熱器和濾油器之后，再對系統各部分進行潤滑。如果濾油器堵塞，會直接導致系統供油不足。

（2）油泵通過兩傳動銷來實現傳動，油泵與中箱體之間沒有密封墊（圖2）。如果油泵和中箱體的接觸面密封不良，或者內部油泵存在故障，就會造成油路壓力下降甚至供油中斷。

圖2 內部潤滑油泵與下殼體配合關系示意

（3）換熱器管壁結垢、堵塞或冷卻水量控制不合適等潤滑油系統故障，會引起潤滑油溫度過高或偏低。潤滑油溫度過高，潤滑油黏度下降，過低則會引起油泡沫過多。

（4）換熱器一旦出現泄漏，冷卻水會竄入軸承箱內，引起潤滑油乳化，導致軸承推力面不能得到有效潤滑，從而出現磨損。

1.3 軸封系統或油路密封故障

軸封由共用軸套的2套單端面密封組合而成，靠近葉輪側密封主要介質。一旦軸封和軸套組件密封圈發生泄漏，介質就會竄入潤滑油系統內部，造成潤滑油變質。在潤滑油回路中，上下箱體與中箱體之間采用O形圈進行密封，一旦密封失效，會引起潤滑油壓力和流量不足，導致軸瓦磨損。

2 解決措施

2.1 重新設計滑動軸承和推力片

針對滑動軸承存在的問題，對滑動軸承和推力片結構進行優化設計：①將指向推力面的噴油孔減少為1個，直徑增加到2 mm，位置改在推力瓦中部偏上處；②在推力片上增加了4道油槽，以便于泄油和排除雜質（圖3）；③滑動軸承上噴油孔處直徑為40 mm，與軸配合形成壓力油膜處的孔徑為38.15 mm（軸徑38.03 mm），其余尺寸不變。

圖3 改造后的滑動軸承換熱推力片示意

因為改變噴油孔的位置和尺寸不會引起徑向壓力油膜的變化，下面只對改造后的推力片最小壓力油膜進行校核。

已知軸瓦表面粗糙度Ra=0.8，查閱相關設計手冊可知，hlim=2.5×10-5m，軸頸角速度；代入數據求得ω=1612.68 rad/s。平均圓周速度，代入數據求得v=43.46 m/s。參照半開式混流泵，葉輪軸向力F可以表示為：

已知 ：HP=498 m；ρ=900 kg/m3；Rh=0.025 m；R20=R2h=0.051 m；R1h=0.030 m。代入公式可得F=1272.2 N。軸瓦平均壓強，代入數據求得Pm=5.69×10-5Pa；最小油膜厚度；代入數據可得hlim=6.21×10-5m。最小油膜厚度hmim大于極限值hlim，符合使用要求。

2.2 清理檢查潤滑油路

對潤滑油路進行檢查后發現，油濾器有堵塞現象。從生產車間了解到，該過濾器已經使用了近3 a時間，過濾效果已明顯下降，整體更換油濾器。

檢查還發現，換熱器內有大量紙片（冷卻水走管程，潤滑油走殼程），管內壁存在積垢現象，異物明顯來自于循環水系統。為此，清理更換了冷卻水系統和入口過濾網，同時細化冷卻水管理，定期對過濾網進行更換。

檢查中箱體與內部油泵的密封面時發現，密封面存在磨損，對密封面進行打磨處理。

2.3 更換軸封和油路密封圈

高速軸軸封處密封圈較多，任意一個出現故障都會引起軸封泄漏，導致介質竄入潤滑油箱。檢查箱體密封圈后發現，O形圈存在硬化現象，對軸封和箱體密封圈進行了更換。

3 結論

潤滑油的溫度和質量對軸瓦的承載能力影響很大，引起潤滑油故障的原因也比較多。發生類似故障時，需要對影響因素進行逐一分析和查找，才能找到真正的原因。在不影響軸瓦承壓能力的前提下對軸瓦結構進行改造，可以有效保證軸瓦供油，避免燒損事故的發生。

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