多級泵平衡盤故障分析及其解決方法

張君輝，張 新

（上海航天動力科技工程有限公司，上海 200030）

0 引言

在目前運行中的分段式多級泵中有很多是靠平衡盤裝置來平衡軸向力的，平衡盤裝置具有自動平衡軸向力的優點，但是也有容易磨損的特點。如果它出現問題，將會導致泵出現效率下降、振動、超電流、出力不足等問題，嚴重的將會導致泵不能運行。由于很多維修人員對平衡盤裝置不是很了解，導致很多此類問題的泵出現反復維修，這不但增加了維修成本，嚴重的還會導致設備停產。因此，了解平衡盤裝置的工作原理、平衡盤裝置的常見故障和解決方法，是很有必要的。

1 平衡盤的工作原理

平衡盤裝置中有2個間隙，一個是由平衡套和軸套外圓形成的間隙b1，另一個是平衡盤與平衡環形成的軸向間隙b2，平衡盤后面的平衡室與泵吸入口連通。徑向間隙前的壓力是葉輪后泵腔的壓力b3，通過徑向間隙b1下降為P4，又經過軸向間隙b2下降為P5，平衡盤后面的壓力為P6，由于平衡盤后面的平衡室通過平衡水管與泵吸入口聯通，P6就等于泵吸入口的壓力加平衡水管的管阻損失。吸入室的壓力很小，因此平衡盤前面的壓力P4遠大于后面的壓力P6，其壓差在平衡盤上產生平衡力F，用以平衡作用在轉子上的軸向力A（圖1）。

圖1 多級泵平衡盤裝置

泵在剛啟動時由于受到軸向力的作用，泵轉子要向左移動，這時 b2減小，b2減小到平衡位置，一般為（0.1～0.2）mm，此時由于經過b2的泄漏量極少會導致P4增大而P6減小，此時平衡力等于軸向力，但是由于慣性，平衡盤不會立即停在平衡位置，要靠慣性向前移動少許后才能停止。此停止位置已經超過了平衡位置，此時P4更大，平衡力大于軸向力，轉子又要向右運動，當b2增大到平衡位置時同樣不會立即停止，又會造成軸向力又大于平衡力，轉子又要向左運動?？梢娖胶獗P的工作過程過程是處于運動平衡的過程，平衡是暫時的，相對的。

由于平衡盤平衡系統具有自動平衡的特點，這種裝置的泵一般都不使用止推軸承。

目前經常使用的D（DG）多級泵平衡盤裝置都是經過了多年的生產驗證的，因此平衡盤的設計方面一般是不會存在問題的，如果平衡盤裝置發生故障，就需要從其他方面尋找原因。

2 平衡盤的常見磨損原因分析及其解決方法

（1）平衡水管堵塞。如果平衡水管堵塞，則P6將等于P4，也就是說平衡盤已經產生不了平衡力，已經失去了作用，這時泵的軸向力將使平衡盤嚴重摩擦，輕者磨壞平衡盤、平衡環，使泵不能運行，嚴重的還會燒毀電機。平衡水管堵塞是最好解決的故障，但是也是最常發生的，對于維修人員來說遇到平衡裝置故障一定要首先檢查平衡水管是否暢通。這樣的例子有很多：由于使用廠家維修人員沒有檢查到平衡水管堵塞，導致更換了很多套平衡盤、平衡環，不但沒有解決問題，還燒毀了幾臺電機。最后檢查發現是有異物堵塞了平衡水管，清除異物后設備正常工作。

（2）零件形位公差不合格、變形。平衡環由于厚度較薄，在加工通孔的時候如果裝夾不合理，會造成平衡環變形，檢查平衡環是否變形可以用下面的方法：找一個平面，只要是經過機械加工的平面即可，把平衡環放到平面上，然后用手按壓四周，如果出現明顯的晃動，則平衡環有變形，必須更換。在現場多次遇到過一開泵就發現平衡盤、平衡環嚴重摩擦、超電流，經檢查平衡水管暢通，最終原因是平衡環變形，更換平衡環后問題解決。

（3）壓力從平衡環后泄出。由于平衡環和吐出段是靠螺釘連接的，如果擰緊不均勻，就會引起壓力從此處泄出，由于壓力的外泄導致平衡力過小，從而引起平衡盤研磨，要檢查壓力是否從此處泄出要檢查平衡環與吐出段結合處是否有高壓水沖刷過的痕跡，如果有則要消除，可加用密封膠或者O形圈加強密封，另外要注意幾個固定螺釘一定要均勻擰緊。

（4）平衡套和軸套磨損導致間隙b1過大。使用一定時間后，一些泵會發生b1磨損過大，由于平衡盤是靠2個間隙泄漏壓差來工作的，因此不可以改變b1間隙大小（間隙大小是經過精確計算的）。一個礦上的2臺MD155-67×8水泵，使用3年左右，在前3年使用很好，但是在3年后平衡盤磨損過快，1個月左右就會磨損的不能使用。開始客戶也是頻繁更換平衡盤、平衡環，但都沒解決問題，最后檢查發現是b1磨損增大到0.9 mm，圖紙要求間隙為0.5 mm，更換配件間隙控制到0.5 mm解決問題。所以要保證b1在圖紙要求范圍內，檢修時發現過大磨損要及時更換。

（5）平衡環與平很盤不垂直。如果裝配時，平衡環背面沒有清理干凈毛刺，或者裝配平衡環位置吐出段上毛刺等異物沒有清理干凈，這樣會導致平衡環不能裝平，從而會導致平衡盤和平衡環偏磨嚴重，檢查時如果發現平衡環背面有毛刺和異物，清理干凈即可解決問題。

（6）動反力導致平衡盤后與函體摩擦。遇到過水泵開機超電流，拆開檢查發現平衡盤后與函體摩擦、末級葉輪與末級導葉摩擦，理論分析為動反力導致轉子后竄，后竄后由于末級葉輪貼緊末導葉導致軸向力沒法形成，并沒法推動轉子向前移動。遇到這種情況，把末級導葉內部大平面多車掉0.5 mm即可解決問題。

（7）平衡水孔底孔太小。有些泵平衡水孔是經過筋打到吸入段的，可能會有個別工人加工時會擔心把筋打破，而把平衡水孔低孔鉆小，平衡水孔底孔都是以螺紋底孔尺寸為標準，如果發現異常磨損情況，再檢查平衡水管的時候也要同時檢查平衡水孔底孔的大小。

（8）軸端鎖緊螺母松動。軸端鎖緊螺母松動會導致平衡盤在、軸套與軸引起摩擦，如果拆開后端軸承壓蓋時發現螺母松動，一般擰緊螺母即可解決問題。

（9）用在頻繁開啟的場合，由于平衡盤裝置有開啟時有摩擦的特性，因此這種結構是不適合用在頻繁開啟的場合的。只能考慮改變平衡方式、更換其他型號泵或者改變系統的運行狀況。

以上磨損的原因有時候可能會存在幾種同時存在，因此都需要綜合考慮，避免重復拆泵、重復勞動。

3 運行時檢查平衡盤是否磨損的方法

很多公司使用水泵都是水泵平衡盤嚴重損壞了才發現，這時候基本上很多零件都已經報廢了。設備管理人員應該能在日常使用中及時發現水泵故障。

平衡盤正常磨損是可以由水泵竄量看出來的，多級泵安裝時水泵聯軸器和電機聯軸器一般都有（3～5）mm的間隙，如果使用一段時間后發現間隙減小了2 mm以上，就應該停泵檢查，更換平衡盤、平衡環。

平衡盤系統存在問題一般有2種：第一種非常嚴重，如平衡水管完全堵塞或平衡環與平衡盤不平行嚴重，這時開機就會出現嚴重的超電流現象，拆開后能發現摩擦，但這種故障是比較好發現的；第二種是磨損不正常，但是不是特別嚴重，一般能使用1個月左右，電機也不會超電流。這時就需要由其他方面來看泵是否運行正常了：如果平衡盤出現摩擦時，平衡水管內溫度會升高，如果泵運行時用手摸平衡水管能感到溫度很高或燙手時，就說明平衡系統出問題了，這時就應該停泵檢查原因。

4 緊急情況下修復平衡盤裝置的方法

有時由于現場情況緊急需要修復已磨損的平衡盤、平衡環（配件從水泵廠家發需要時間很長），可以采取緊急修復的方法：可以在車床上把已磨損的兩端面車平，車削量要盡量小，注意要保證兩端面于軸心線垂直，兩端面粗糙度最好在Ra=3.2 μm，加工完畢后測量加工后的軸向尺寸，并和原設計尺寸（原設計尺寸可向產品廠家查詢）比較，用軸向總減小的尺寸加工一個平墊裝到平衡環的后面，這樣就可以保證軸向尺寸又和原設計的一樣，不會引起葉輪和導葉流道不對中的問題，這樣處理可以使泵暫時運行，但是有了新的配件后還是要及時更換。

5 結語

了解泵的原理，不僅是維修人員應該做的，也是設備管理人員該做的事情。事故都是由小變大的，設備管理人員只有了解泵的工作原理并清楚事故的表現形式，就可以在事故還沒開始就發現并及時處理，避免嚴重事故的發生。及早發現問題，不但減少維修量，也能避免很多不必要的損失。