多級(jí)離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)

李華政

（江西銅業(yè)集團(tuán)武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

多級(jí)離心泵是井下礦山排水應(yīng)用十分廣泛的設(shè)備，為了適應(yīng)礦山排水高揚(yáng)程的特點(diǎn)，金屬礦山井下泵站一般都采用多級(jí)離心泵。對(duì)同型號(hào)不同級(jí)數(shù)的離心泵而言，級(jí)數(shù)越多產(chǎn)生的軸向力越大。因此，平衡裝置對(duì)于多級(jí)水泵的正常運(yùn)行至關(guān)重要，其日常維護(hù)是水泵檢修工作的重要組成部分。如何進(jìn)一步降低平衡裝置備件費(fèi)用，提高更換效率，減輕維修人員勞動(dòng)強(qiáng)度是多級(jí)離心泵后期維護(hù)急待解決的問(wèn)題。基于此，本文以金屬礦山多級(jí)離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施及應(yīng)用效果作為研究對(duì)象進(jìn)行闡述。

1 多級(jí)離心泵平衡裝置及存在問(wèn)題

由于多級(jí)離心泵中平衡裝置易磨損，導(dǎo)致多級(jí)離心泵經(jīng)常出現(xiàn)故障，不僅使得檢修效率降低，而且極大程度上提高了維護(hù)成本[1]。就目前而言，國(guó)內(nèi)的多級(jí)離心泵主要借助于平衡盤達(dá)到平衡軸向力的目的。該平衡裝置位于水泵出水端的平衡室內(nèi)，主要由平衡盤和平衡環(huán)兩部分組成。其中，平衡環(huán)是通過(guò)螺絲安裝固定在泵體上，平衡盤與泵軸、平衡套配合，并通過(guò)平鍵固定在泵軸上，如圖1所示。

表1 平衡盤、平衡環(huán)

平衡盤結(jié)構(gòu)與各部分承擔(dān)軸向力，平衡力一部分由徑向間隙直徑R0至平衡穩(wěn)盤軸向間隙內(nèi)半徑R1截面上產(chǎn)生，另一部分由平衡盤軸向間隙半徑R1到外半徑R2截面上產(chǎn)生[2]，如圖2所示。在使用過(guò)程中，受井下水質(zhì)含泥砂量的影響，多級(jí)離心泵極易出現(xiàn)問(wèn)題的原因主要在于平衡盤與平衡環(huán)磨損。因此，本文通過(guò)調(diào)查研究井下礦山排水泵站DF280-65＊9型水泵的實(shí)際使用情況，總結(jié)出了平衡盤、平衡環(huán)使用情況（表1）。

圖1 平衡盤結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，更換平衡裝置的問(wèn)題主要下述兩個(gè)方面：

（1）平衡裝置價(jià)格昂貴，使用性價(jià)比低。前文已經(jīng)提到，影響多級(jí)離心泵易出現(xiàn)故障的主要原因在于平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)的磨損問(wèn)題，因此，在維修過(guò)程中只需要更換易磨損的平衡盤和平衡環(huán)即可。一般來(lái)說(shuō)，多級(jí)離心泵中的平衡環(huán)和平衡盤的磨損問(wèn)題出現(xiàn)在兩者之間的接觸面上，當(dāng)兩者的磨損量超過(guò)4mm后就必須及時(shí)更換，否則水泵就會(huì)出現(xiàn)電流高、發(fā)熱等故障。在使用過(guò)程中，該裝置的更換周期一般為45天左右。由表1可知，每更換一次平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)，僅備件投入就高達(dá)11112元，其維修成本昂貴，因此多級(jí)離心泵平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)的使用性價(jià)比低。

圖2 平衡盤軸向力示意圖

（2）平衡盤難拆卸的問(wèn)題突出，更換效率低[3，4]。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，井下泵站水倉(cāng)中所蓄積的井下生產(chǎn)廢水，其水質(zhì)極差，水體內(nèi)含有較多的泥沙，PH值約為4。多級(jí)離心泵在運(yùn)行過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，平衡盤與泵軸之間的裝配縫隙中殘留的泥沙物質(zhì)逐漸增多。此時(shí)，一旦多級(jí)離心泵平衡裝置出現(xiàn)故障，因泥沙過(guò)多而導(dǎo)致平衡盤拆卸極為困難，為設(shè)備的維護(hù)帶來(lái)了很大的干擾因素，提高了維護(hù)成本。由于經(jīng)常遇到平衡盤難拆卸的情況，維修人員曾嘗試多種解決方法無(wú)果后，只能采用熱切割的方法將其從泵軸上取出,這種方法不僅增加了維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、還降低了維修效率。

2 多級(jí)離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施

基于上述實(shí)際存在的問(wèn)題，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和結(jié)構(gòu)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，提出了改進(jìn)措施。將一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，具體改進(jìn)計(jì)劃見(jiàn)表2。

表2 多級(jí)離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)對(duì)策

圖3 平衡裝置示意圖

上文中所說(shuō)的一體式平衡盤，如圖3-a所示。有兩個(gè)功能，一是提供一個(gè)磨損面，二是將平衡盤安裝到泵軸上的預(yù)定位置后，通過(guò)平衡盤上的平衡擋套起到限位作用，以保證平衡盤不會(huì)在軸上出現(xiàn)位移。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查情況，一體式平衡盤磨損量超過(guò)4mm后就必須更換，由于平衡擋套與平衡盤為一體式，即使平衡擋套部分未磨損也必須一起更換。為此，提出改進(jìn)平衡裝置結(jié)構(gòu)，將一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，如圖3-b所示。一是將磨損面單獨(dú)加工成平衡襯環(huán)，通過(guò)螺釘固定在平衡盤上，二是將平衡擋套從平衡盤上分離出來(lái)，這樣可以大大減小了平衡盤和泵軸的接觸面積，減少了平衡盤與泵軸之間的摩擦力，有效的緩解了因平衡盤與泵軸之間夾雜較多雜質(zhì)難拆卸的問(wèn)題。

3 多級(jí)離心泵平衡裝置結(jié)構(gòu)改進(jìn)效果

在完成理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，向水泵生產(chǎn)廠家提出了改進(jìn)方案，廠家根據(jù)改進(jìn)后的平衡裝置圖紙加工了多套分體式平衡裝置，并安裝到了井下泵站水泵上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

根據(jù)分體式平衡盤使用統(tǒng)計(jì)情況（表3），同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)維修情況發(fā)現(xiàn)分體式平衡盤不再受泥沙堵塞的影響，平衡盤可以順利的從泵軸上拆卸下來(lái)，而平衡擋套一般情況下無(wú)需從軸上拆下，作業(yè)效率得到了提高。更重要的是，單獨(dú)設(shè)置平衡襯環(huán)做磨損件后，平衡盤可以重復(fù)使用多次，節(jié)約了備件成本，其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

表3 平衡裝置改進(jìn)后性價(jià)比對(duì)比表

（1）緩解了備件成本壓力。根據(jù)分體式平衡裝置單價(jià)表，使用分體式平衡盤后，在平衡盤沒(méi)有磨損或者是輕度磨損的情況下，只需更換平衡襯環(huán)和平衡環(huán)，成本為4312元，如果使用一體式平衡盤，成本則高達(dá)11112元。

（2）緩解了平衡盤拆卸難，容易磨損的問(wèn)題。由于平衡盤與泵軸之間接觸面減小，將平衡盤從軸上取下時(shí)的摩擦力大大減小，即使平衡盤與泵軸之間夾雜少量雜質(zhì)也能較為輕松的將平衡盤取出而不用將整套平衡裝置破壞。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)，多級(jí)離心泵一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，方法可行、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。實(shí)踐應(yīng)用表明，平衡裝置結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，不僅達(dá)到了重復(fù)利用平衡盤的目的，降低了水泵維修的成本，還可以較好的提高水泵日常維護(hù)效率，該種改進(jìn)方式具有較好的應(yīng)用前景。