多級磁力泵故障分析與改進處理

司美崛，王鋒 (陜西延長石油集團有限責任公司延安煉油廠，陜西 延安 727406)

1 實際案例的故障概況

國內某企業的液化氣裝車泵使用型號為MCAM80/3的磁力泵（如圖1所示），其揚程可以達到160 m。而在初期的使用中，磁力泵的效果不太理想，并且工作時出現盤不動車和打壓力低等相關的問題。通過拆檢顯示，磁力泵中有焊渣和雜質，在首級的葉輪口環部位存在磨損的情況，經修復后再次使用還是產生了類似的問題，并且平衡盤和平衡板出現的磨損情況非常地嚴重，修理后發現還是不能解決問題，多次壓力無法打起，而且在出口閥關閉時壓力表現為正常，打開后則壓力降低，在關閉磁力泵后，盤車有卡澀的情況，嚴重時盤不動。

圖1 磁力泵剖面圖

2 故障分析

2.1 對設備的管線未能清理干凈

在機泵的入口位置使用的過濾網不當，檢查維修時將其拆出發現存在較多的焊渣、金屬等雜質，由此表明在安裝相關的設備時沒有將其清理干凈，未進行吹掃清除，由此致使機泵輸送過程中將管線內的雜質沖至泵體中[1]。另外，通過測量顯示，磁力泵的各級葉輪口環，其半徑的間隙0.35 mm，但實際使用為30目的過濾網，網孔的寬度0.6 mm，由會致使直徑大于0.35 mm的焊渣及金屬等雜質進入泵內，當雜質進入管道內則會導致葉輪口環磨損。盤車出現卡澀等情況，另外還能進至平衡腔中，進一步導致平衡盤動和靜環面磨損，如果磨損的情況十分嚴重則會導致盤不動車，而在實際的泵拆檢查過程中發現了這么多的雜質，由此更充分地證明此觀點。

2.2 泵的設計有缺陷存在

2.2.1 液力平衡設計缺陷

本次研究的多級磁力泵，其三級葉輪均是同向設定，因此在實際的工作中產生的軸向力十分高。而對于其軸向力的平衡則是依靠平衡盤。經多次的維修檢查發現平衡盤動和靜環磨損十分地嚴重，并且在機泵運行時產生碰磨的聲音。因此需要在液力平衡的系統方面加以分析，查找根本的原因。由于磁力泵三級葉輪同向安裝，而每級的葉輪存在一定的正反面壓力差，進一步產生向后軸向力，平衡盤則與之相反，后端和磁力泵的出口相連為高壓側，另一側則和入口相連為低壓側，因此平衡盤所受到的推力與葉輪軸向力相反，所以能夠具有平衡的功能[2]。依據液力平衡系統的相關原理進行分析發現，對于該系統的設計方面存在缺點，由此才致使平衡盤動和靜環磨損的故障出現。一為平衡盤動靜環直徑大，此系統使用的動靜環內徑228 mm，因此導致動靜環面間出現較大面積的通流，根據正常的工作間隙0.09～0.14 mm計算得出通流的面積為64～100 mm2，而軸承體的平衡孔直徑只有5 mm，經計算顯示平衡孔的通流面積只有39 mm2。進而說明 ，平衡孔比平衡盤通流面積小很多，所以機泵在運行時不能達到液體流動的相關需求，并且軸承間隙低導致平衡腔流體少，不能補充液體。二為平衡盤背側經過中空軸和磁力泵的入口相通，而經中空軸之后的軸頭背帽回流孔只有3 mm，回流面積7.1 mm2，因此在平衡盤背面的液體出現較大的回流阻力，進而導致無法建立相應的低壓區。當平衡盤的流量過大無法進行回流，會導致位于平衡盤低壓側的液體壓力逐步提高，對平衡系統的作用發揮造成不利的影響，導致效果嚴重地降低，最終致使平衡盤觸摩擦而造成大量的磨損。

2.2.2 平衡盤動靜環的材料不當

在出現故障時，磁力泵的平衡盤動靜環的表面均產生磨損的情況，即使是使用的時間較短也會產生磨損的痕跡，較為嚴重時則致使動環無法使用而報廢。通過磁力泵的平衡盤材料檢查分析發現，此泵在設計過程使用的材料為1.446 2不銹鋼，其為雙相的不銹鋼，并且鋼鉻與鉬的含量十分高，所以能夠有效抵抗腐蝕[3]。但在現實中，平衡盤動、靜環相對的旋轉而產生摩擦，在正常時會有相關的介質形成液膜將其相隔，而在機泵啟動和停泵以及壓流波動時，介質的流量不穩則會導致平衡盤的動靜、環接觸與摩擦，因此則要求動、靜環必須具備較高的耐磨性，由此能夠避免在碰磨時造成現損粘連。原有的不銹鋼無法滿足耐磨的性能要求，并且此泵是裝車泵，每天開啟關閉的資料較多，因此在開啟關停過程中發生多次的碰磨情況，所以才致使出現較為嚴重的磨損而導致盤不動車[4]。

2.2.3 機泵的操作存在不足

灌泵不到位，并且在泵內的氣體不能完全排出，在開啟泵時在泵出口的閥門開啟速度過快，且開度較為偏大，進而促使泵開啟后在葉輪的入口位置出現了氣蝕，并抽不上液體。根據現場的實際操作看，磁力泵在出口位置有兩道閥門，分另是電動閘閥和手動球閥。磁力泵在使用時首先電動控制全開電動閘閥，然后灌泵啟泵，泵啟動后在全開出口手動閥，該閥主要是球閥，因此開啟快速，只需要幾秒即可實現全開的狀態，然而在多次在打開閥門后在泵內出現異響的情況，并且出口的壓力快速的降低，泵內的相關零件顯示干磨損壞的情況。后來通過分析發現，在泵出口的閥門打開三分之一時的出口壓力便達到正常，而再開大則壓力降低。通過證實發現閥打開三分之一的流量正好符合標準的流量，而如果再開大也會對流量造成變化，因此此時即是此泵最佳的運行工況[5]。從上述的情況分析后明確在泵啟動時的出口閥快速的開啟，進而導致開度偏大而致使入口的供液不足，進一步造成了抽空的現象，由此導致泵體的部件出現了干磨損壞的情況，針對于此可能時多次的開泵而導致的損壞，主要是因為罐內的液位低，泵的入口壓力也低，出口的閥門瞬間完全打開而致使泵內完全抽空，最終導致干磨損壞。

3 故障處理

(1)機泵內雜質問題：首先對泵入口的過濾網予以更換，替換原有的30目而使用50目，網孔的寬度在0.3 mm，由此則能夠有效的過濾雜質。即便存在雜質也只是較小的顆粒，只需對過濾網進行定時的清除即可滿足使用。

（2）通過計算決定將軸承體上的平衡孔擴大為Φ8 mm，以及對液體回流造成影響的軸頭背帽小孔進行擴大，此孔原為Φ3 mm，最后把此孔擴大至Φ8 mm，進一步提升了液體回流的作用和能力，確保液力平衡的最終效果。

（3）更換平衡盤動和靜環的材質，由于原有的不銹鋼耐磨性較為低下，經過選型確定使用HT250材質，由于HT250是珠光體的灰鑄鐵，具有較高的強度和耐磨性能，并且還具備較高的耐熱性，最終決定使用HT250[6]。

（4）磁力泵基本為自潤滑，因此對灌泵的各項要求均有較高的標準。由于磁力泵需要經常性的開停，所以在操作時要求相應的操作人員，灌泵時把進口閥和出口閥以及回流管路閥均完全打開，進而可以由泵的入口形成液體的流動并把氣體予以排出，確保泵體充滿液體，再將出口閥和回流閥予以關閉。起泵前計算泵出口的壓力，然后慢慢將出口的閥門予以打開，但不需要全開，閥門開啟至出口的壓力平穩在事先計算的壓力后即完成操作，由此避免出現抽空的情況。

4 結語

通過對磁力泵經過以上的改造，以及對相應的操作進行變更，從實際的運行效果來看，機泵的運行恢復正常，并且在后續也沒有再次出現上述的相關故障，由此表明本次改進的效果較好，能夠為其他同類的問題提供一定的參考價值。