大型多級離心泵平衡管壓力對機封軸承壽命的影響及改進應用

趙興國 吳文炎 劉博強 楊林

摘? 要：多級離心泵運行中，會產生較大的軸向力，需要依靠平衡裝置平衡，確保泵的正常運行。平衡裝置的平衡效果取決于自身尺寸結構和平衡裝置前后的壓力大小，但受加工制造等因素影響，始終還是會存在一部分殘余軸向力，由泵的推力軸承承擔。本文主要針對我廠一臺多級離心泵在運行中存在的機封、軸承壽命較短的問題，通過數據的統計分析和生產實踐，找到了一條有效解決該問題的經驗，可供類似設備的改進作為參考。

關鍵詞：軸向力; 平衡鼓; 平衡管壓力; 長周期

1、現存問題：

某廠一臺大型多級離心泵在運行過程中，由于介質具有聚合現象，致使平衡鼓、平衡套間隙減小，平衡管壓力逐漸降低，后軸承溫度不斷升高，需要停車檢修。為此，我們在平衡管上安裝的壓力調節裝置，通過調節平衡管壓力調整殘余軸向力，降低后軸承溫度。通過不斷摸索，當平衡管壓力在2.7MPa左右時，后軸承溫度可降到最低（即殘余軸向力最小）。可這樣一來，新的問題又出現了，由于機封設計使用壓力為2.0MPa，如果平衡管壓力達到2.7MPa，機封壽命又大幅縮短，還是需要停車檢修。

2.原因分析：

由圖1可以看出，當轉子軸向力﹥平衡力′時，推力軸承1承受殘余軸向力;當轉子軸向力﹤平衡力′時，推力軸承2承受殘余軸向力。當轉子軸向力=平衡力′時，推力軸承1和2理論上不承受軸向力，此時，后軸承只承受徑向力，溫度最低，前后軸承溫差（）最大，所以，后推力軸承壽命主要受殘余軸向力的影響。如何有效調整殘余軸向力，同時又保證平衡管壓力不高于機封設計壓力就是解決問題的關鍵。

3.解決措施：

轉子軸向力由轉子結構尺寸決定，不可更改，平衡力′由平衡鼓尺寸及壓差決定。在實踐過程中，之前平衡管壓力為2.7時，差值最大，由此可以推斷此時轉子軸向力約等于平衡力，此時的平衡力為：

其中：—泵出口壓力;

—平衡管壓力;

—平衡鼓外圓半徑，平衡鼓外徑182，=0.091;

—平衡鼓內圓半徑（主軸外徑），平衡鼓內徑80，=0.04。

如果我們想降低平衡管壓力，同時又要達到同樣的平衡力，只能縮小平衡鼓外徑。而該泵入口壓力為0.6MPa，機封設計壓力為2.0MPa，平衡管壓力最佳調整區間設定為0.6～2.0MPa，故取平衡管最佳平衡壓力為，設此時平衡鼓外徑為? ? ?，則有：

=0.082

=164。

為了確保計算結果的準確性，下面根據多級離心泵軸向力估算公式對該結果進行驗證：

其中：—軸向力，;

—介質密度，取;

—泵單級揚程，m，;

—葉輪密封環半徑，m，183/2=91.5 =0.0915;

—葉輪輪轂半徑，m，80/2=40 =0.04;

—泵級數，11級;

—系數，與泵比轉數有關：當=30～100，=0.6

=100～220，=0.7

=220～280，=0.8

，故=0.6

—流量，66/0.6=110=0.0306;

—泵轉速，2980;

故：

=

和之前計算的平衡力基本相等，說明平衡力的計算數據完全可以作為平衡鼓的改造依據。根據以上計算數據，我們對平衡鼓進行了改造，新平衡鼓加工外徑取值165。圖2和圖3的數據對應平衡鼓改造前后，軸承溫度的對比：

改造前平衡鼓外徑為182，平衡管壓力2.7：

改造后平衡鼓外徑為165，平衡管壓力1.36：

平衡鼓改造后，最佳平衡力處的平衡管壓力在1.3～1.4，成功實現了最佳平衡力處的平衡管壓力下移，保證了機封和軸承的同步長周期運行。從圖2和圖3的對比來看，通過改造平衡鼓，實現平衡管壓力下移，保證機封和軸承的同步長周期運行的實踐是完全成功的。

4、結論：

該應用案例證明，大型多級離心泵可以通過調整平衡鼓尺寸，改變平衡管壓力，進而實現軸承和機封的同步長周期運行。如果有配套的平衡管壓力在線調整裝置，使殘余軸向力由正向負逐漸推移，推力軸承1和推力軸承2分階段承受較小的殘余軸向力，其使用壽命可以實現最大限度延長。

參考文獻：

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