多級(jí)臥式離心泵軸承缺陷分析及處理

吳 明

（福建福清核電有限公司，福建福州 350300）

0 引言

臥式多級(jí)離心泵廣泛應(yīng)用于火電廠、核電廠、化工廠等，主要分為節(jié)段式、雙殼體式等，其中臥式雙殼體多級(jí)離心泵主要作為火電廠汽機(jī)廠房主給水泵、鍋爐給水泵，如核電廠核島核輔助廠房上充泵、安注泵、安噴泵、輔助給水泵等。臥式多級(jí)離心泵缺陷中軸承室部位故障較為常見(jiàn)，如軸承溫度偏高、軸承振動(dòng)偏高、軸承（軸瓦）磨損、推力盤(pán)磨損等。

臥式雙殼體多級(jí)離心泵主要由聯(lián)軸器、徑向軸承組件、機(jī)械密封、熱屏、泵殼、葉輪、導(dǎo)葉、中段、泵軸、平衡盤(pán)、推力軸承組件和油冷器等部件組成。圖1為分段式臥式離心泵結(jié)構(gòu)組成。

圖1 分段式臥式離心泵結(jié)構(gòu)組成

1 多級(jí)離心泵軸承組件

軸承是一個(gè)支撐軸的零件，它可以引導(dǎo)軸的旋轉(zhuǎn)，控制軸的軸向和徑向移動(dòng)，也可以承受軸上轉(zhuǎn)動(dòng)的零件。如某電廠臥式多級(jí)離心泵自由端軸承室，軸承組件主要有徑向軸瓦（軸承）、推力軸承（軸瓦）、推力盤(pán)、軸承腔室等。

2 多級(jí)臥式離心泵軸承缺陷分類

多級(jí)臥式離心泵軸承常見(jiàn)缺陷分類及故障表現(xiàn)見(jiàn)表1。

表1 多級(jí)臥式離心泵軸承常見(jiàn)缺陷分類及故障表現(xiàn)

3 多級(jí)臥式離心泵軸承缺陷分析

3.1 泵徑向軸承缺陷分析

徑向軸承最主要的缺陷表現(xiàn)為軸瓦的溫度過(guò)高、振動(dòng)偏大，原因分析如下。

3.1.1 徑向瓦間隙不合適

如圖2所示，某電廠多級(jí)臥式離心泵滑動(dòng)軸承和軸之間有一定的間隙，其中瓦頂間隙0.10～0.18 mm；瓦側(cè)間隙0.05～0.09 mm。如果瓦側(cè)間隙過(guò)小，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泵軸和軸瓦之間的間隙無(wú)法形成潤(rùn)滑油膜，使滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑條件不良，并且泵軸和下瓦的接觸面積增大，摩擦導(dǎo)致軸承過(guò)熱；如果瓦側(cè)間隙過(guò)大，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泵軸徑向晃動(dòng)幅度大，可能造成振動(dòng)高等故障。例如，某泵電機(jī)軸承為滑動(dòng)軸承（圖3）而無(wú)推力軸承承受軸向力，并且軸向竄量超過(guò)10 mm，在多次單轉(zhuǎn)電機(jī)維修和檢查時(shí)，啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)由于轉(zhuǎn)子不水平產(chǎn)生軸向竄動(dòng)，軸瓦處的軸肩撞擊軸瓦端面造成軸瓦瓦面變高，導(dǎo)致瓦側(cè)間隙變小，泵軸和軸瓦接觸角變大，摩擦過(guò)熱，溫度超標(biāo)，溫控探頭報(bào)警。

圖2 滑動(dòng)軸承間隙

圖3 電機(jī)滑動(dòng)軸承

3.1.2 泵通流部件對(duì)中不合格

如圖4所示，泵通流部件對(duì)中不合格，導(dǎo)致泵動(dòng)靜間隙不均勻，當(dāng)轉(zhuǎn)子部件高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生附加徑向力，可能造成軸承局部磨損、葉輪口環(huán)碰磨產(chǎn)生卡澀、泵體振動(dòng)偏高等異常。

圖4 泵通流部件對(duì)中不合格

3.1.3 潤(rùn)滑油顆粒度超標(biāo)

泵經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行后，甩油環(huán)和泵軸、甩油環(huán)和刮油片、泵軸和軸瓦之間摩擦產(chǎn)生的碎屑導(dǎo)致潤(rùn)滑油的顆粒度較差。如某泵由于電機(jī)軸承室殼體為鑄件，鑄造毛邊和銅質(zhì)甩油環(huán)碰磨產(chǎn)生大量的銅屑，當(dāng)顆粒隨潤(rùn)滑油進(jìn)入軸瓦和泵軸之間的間隙后，大的顆粒導(dǎo)致軸瓦內(nèi)層材質(zhì)較軟的巴氏合金的磨損，破壞了軸瓦和泵軸潤(rùn)滑條件，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中造成軸瓦因摩擦溫度過(guò)熱。

3.1.4 軸承室甩油環(huán)外圓面上存在加工缺陷

軸承室甩油環(huán)（圖5）外圓面存在加工缺陷，如小的裂痕或凹坑，當(dāng)甩油環(huán)隨泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓住甩油環(huán)刮片的末端碰到甩油環(huán)缺陷后，甩油環(huán)就會(huì)停止隨泵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，但在慣性的作用下，甩油環(huán)會(huì)撞擊到軸瓦，連續(xù)的撞擊變形逐漸積累，最終甩油環(huán)變形為橢圓形，此時(shí)和泵軸之間的摩擦力不能帶動(dòng)甩油環(huán)隨泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承室的潤(rùn)滑油帶不到軸瓦上，導(dǎo)致軸瓦潤(rùn)滑不足，溫度超標(biāo)。

圖5 軸承室甩油環(huán)

3.2 泵推力軸承缺陷分析

推力軸承最主要的缺陷表現(xiàn)為推力盤(pán)磨損和推力瓦燒毀等，分析原因主要有：

3.2.1 軸向力平衡不足

泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)推力瓦塊承受較大的軸向力，造成推力盤(pán)和推力瓦塊靠死、研磨。產(chǎn)生軸向力的主要原因是葉輪前后蓋板外表面的不平衡壓力，由于多級(jí)泵的壓力較高，級(jí)數(shù)越多，產(chǎn)生的軸向力越大。因此，多級(jí)泵的軸向力平衡是一個(gè)很重要的問(wèn)題。普遍采用平衡盤(pán)裝置平衡軸向力，其原理如圖6所示，末級(jí)葉輪出口壓力為P，水流通過(guò)徑向間隙b1后到達(dá)平衡盤(pán)，壓力下降為P＇，平衡盤(pán)與平衡板之間存在軸向間隙b0，平衡盤(pán)后面與泵入口相通，壓力為P0，由于P＇>P0，平衡盤(pán)前后存在壓差，產(chǎn)生了與軸向力相反的平衡力。當(dāng)工況發(fā)生變化時(shí)，泵的軸向力也是變化的。當(dāng)軸向力大于平衡力，泵轉(zhuǎn)子左移，b0變小，泵的泄漏量減小，壓差增加，平衡力增加。同理，當(dāng)軸向力小于平衡力，轉(zhuǎn)子右移，b0變大，泵的泄漏量增加，壓差減小，平衡力減小。因此，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)中軸向力平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡。

圖6 平衡盤(pán)裝置工作原理

在實(shí)際工作中，泵剛啟動(dòng)時(shí)，平衡盤(pán)尚未建立壓力來(lái)平衡軸向力，可能造成啟動(dòng)瞬間平衡盤(pán)與平衡板的嚴(yán)重擦傷。為了保護(hù)平衡盤(pán)，承受啟動(dòng)時(shí)平衡力不足，多級(jí)泵增設(shè)一道推力軸承。推力軸承的承載能力為總軸向推力的30%，當(dāng)泵在啟動(dòng)或停車過(guò)程中，平衡盤(pán)尚未建立足夠壓差時(shí)，葉輪的軸向推力由推力軸承完成。平衡盤(pán)兩側(cè)壓差達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，葉輪的推力則完全由平衡盤(pán)完成。某泵在自由端設(shè)置了推力瓦塊和推力盤(pán)，同時(shí)還有一道牒片彈簧，起到保護(hù)平衡盤(pán)的作用。在平衡盤(pán)解體后發(fā)現(xiàn)，平衡盤(pán)與平衡板并未發(fā)生磨損現(xiàn)象，而推力盤(pán)和推力瓦塊則嚴(yán)重磨損，可見(jiàn)推力盤(pán)部分有效保護(hù)了平衡裝置。引起平衡盤(pán)故障、導(dǎo)致無(wú)法平衡軸向力的原因主要有以下4個(gè)：

（1）葉輪出口與導(dǎo)葉對(duì)中偏差。當(dāng)葉輪與導(dǎo)葉對(duì)中不好時(shí)，葉輪出口流體受阻并產(chǎn)生漩渦，引起出口壓力增大。多級(jí)泵各級(jí)尺寸嚴(yán)格定位，首級(jí)葉輪與導(dǎo)葉對(duì)中不好時(shí)，余下各級(jí)葉輪與導(dǎo)葉對(duì)中也不好，引起軸向力的累積增大。

（2）平衡盤(pán)與平衡板的間隙或者瓢偏過(guò)大。由于平衡盤(pán)與平衡板的間隙或者瓢偏過(guò)大，引起從平衡盤(pán)間隙的泄漏量增加，導(dǎo)致平衡室建立不了足夠的壓力而無(wú)法平衡軸向力。

（3）平衡盤(pán)徑向間隙偏小。平衡盤(pán)徑向間隙偏小，引起從末級(jí)葉輪到平衡室的壓降增大，使得平衡室壓力降低，由于平衡盤(pán)后腔壓力與泵進(jìn)口壓力相差不大，從而引起平衡力減小。

（4）泵運(yùn)行偏離設(shè)計(jì)工況。泵運(yùn)轉(zhuǎn)工況偏離額定工況較大，工作壓力遠(yuǎn)大于額定壓力，使軸向力大大增加。

此外，工作介質(zhì)是否含有雜質(zhì)和平衡盤(pán)的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量，都會(huì)引起平衡裝置失效，導(dǎo)致平衡軸向力不足。

3.2.2 彈簧片瓢偏

彈簧片裝置是和推力瓦塊緊固在一起的，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，特別是啟泵和停車時(shí)抵消部分軸向力，以起到保護(hù)平衡盤(pán)的作用。但如果彈簧片出現(xiàn)瓢偏問(wèn)題，就會(huì)引起推力瓦塊和推力盤(pán)不完全接觸，甚至是點(diǎn)接觸或線接觸，由于泵的轉(zhuǎn)速較高，軸向力較大，容易造成推力瓦塊接觸部分首先燒毀，推力盤(pán)表面研磨的事故。

3.2.3 潤(rùn)滑油問(wèn)題

軸承箱油冷器設(shè)置在軸承箱上部，潤(rùn)滑油從軸承箱下部進(jìn)入推力盤(pán)，通過(guò)甩油裝置將潤(rùn)滑油經(jīng)回油孔送入軸承室，依次循環(huán)。推力瓦塊出現(xiàn)燒毀事故，可能的原因是潤(rùn)滑油到軸承上瓦后很快從上軸承室殼體的孔流入下軸承室，潤(rùn)滑冷卻效果不好。

4 多級(jí)臥式離心泵軸承缺陷處理

4.1 泵徑向軸承缺陷處理措施

（1）徑向瓦間隙不合適問(wèn)題。將軸瓦拆卸完畢后，按軸瓦內(nèi)徑尺寸加工假軸，將加工好的假軸放在上研磨軸瓦，刮瓦調(diào)整軸瓦間隙到合格范圍內(nèi)，可以將軸瓦的邊緣帶相對(duì)于烏金工作面降低0.1 mm，防止由于轉(zhuǎn)子竄動(dòng)造成軸瓦烏金表面變形改變軸瓦和軸的接觸狀態(tài)，從而減少軸肩撞擊軸瓦邊緣處產(chǎn)生的變形對(duì)泵軸和下瓦接觸面的影響。另外，盡可能減少電機(jī)空載的次數(shù)，降低啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)軸向竄動(dòng)撞擊軸瓦產(chǎn)生變形的概率。

（2）泵通流部件的對(duì)中不合格問(wèn)題。調(diào)整通流部件的對(duì)中，拆卸3＃、4＃軸承室放油螺塞，將潤(rùn)滑油放到油盆中，拆卸軸承室上蓋，取下徑向軸瓦連接螺釘，取下上瓦，向上稍微抬動(dòng)泵軸，翻動(dòng)下瓦，拆卸下瓦上的溫度探頭，將上瓦放到泵軸上，貼和泵軸左右擺動(dòng)，檢查轉(zhuǎn)子左右偏差，用軸承室左右的頂絲調(diào)整左右對(duì)中，測(cè)量記錄兩端泵軸的全抬量，安裝下瓦，檢查此時(shí)軸的半抬量約為全抬量的1/2，用下軸承室殼體上的頂絲進(jìn)行調(diào)整半抬量，兩端抬量調(diào)整完畢，上瓦回裝后盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子，應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、無(wú)卡澀和異聲。

（3）潤(rùn)滑油顆粒度超標(biāo)問(wèn)題。清理軸承室內(nèi)的異物，修理甩油環(huán)和泵軸、軸瓦、軸承室殼體的毛邊，更換新的潤(rùn)滑油。

（4）軸承室的甩油環(huán)外圓面存在加工缺陷問(wèn)題。更換缺陷的甩油環(huán)備件，測(cè)量檢查備件直徑精度偏差保證在0.05 mm以內(nèi)，檢查甩油環(huán)表面粗糙度，必要時(shí)用砂紙拋光，清理軸承室內(nèi)磨損的碎屑，更換新的潤(rùn)滑油。

4.2 泵推力軸承缺陷處理措施

（1）平衡盤(pán)間隙調(diào)小處理。平衡盤(pán)間隙減小后，P＇比P0的壓力越大，產(chǎn)生的軸向平衡力也越大，使得平衡盤(pán)平衡軸向的能力加強(qiáng)，從而分擔(dān)部分軸向力，降低啟泵和停泵時(shí)軸向力對(duì)推力軸承的載荷，起到保護(hù)推力盤(pán)的作用。

（2）保證推力軸承和推力盤(pán)的貼合度。更換燒毀的推力瓦塊，將推力盤(pán)的劃傷進(jìn)行車削后在研磨平臺(tái)上研磨，再將推力盤(pán)和推力瓦進(jìn)行對(duì)研，刮研推力瓦塊，保證推力軸承和推力盤(pán)的貼合度不小于70%。以保證推力瓦和推力盤(pán)接觸面良好，不會(huì)出現(xiàn)二次磨損。

（3）牒片彈簧瓢偏修復(fù)。牒片彈簧是推力軸承保持平行接觸的重要元件，防止因瓢偏產(chǎn)生點(diǎn)接觸和線接觸造成推力軸承非正常磨損，對(duì)牒片彈簧進(jìn)行磨削加工，確保推力軸承的瓢偏合格，并在牒片下方安裝與加工余量等厚度的墊片，以保證彈簧片抵消軸向力能力。

（4）軸承室和潤(rùn)滑油的處理。適當(dāng)增加潤(rùn)滑油油量，并在上、下軸承室殼體分別加裝玻璃管油位計(jì)，可以在停泵和泵正常運(yùn)行時(shí)分別在上、下兩個(gè)油位計(jì)上標(biāo)出最低和最高油位刻線；為加強(qiáng)油冷器的冷卻能力，在上軸承室回油孔上加裝節(jié)流套管，延長(zhǎng)通過(guò)回油孔循環(huán)的潤(rùn)滑油在上軸承室冷卻的時(shí)間，提高推力盤(pán)冷卻潤(rùn)滑效果，改善潤(rùn)滑條件。

（5）對(duì)軸承室進(jìn)行清理，更換新的潤(rùn)滑油，并按照油務(wù)監(jiān)督大綱要求，每季度對(duì)軸承室潤(rùn)滑油進(jìn)行取樣分析，化驗(yàn)油質(zhì)是否合格，必要時(shí)進(jìn)行更換。

5 結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)某電站多級(jí)臥式離心泵軸承的典型故障進(jìn)行分析，歸納總結(jié)出故障類型和處理措施，為在實(shí)際生產(chǎn)中判斷解決此類設(shè)備問(wèn)題提供理論和實(shí)踐依據(jù)，對(duì)此類型離心泵軸承檢修具有一定的參考價(jià)值。

電站多級(jí)離心泵的正常、穩(wěn)定運(yùn)行，需要多措并用、深入研究、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從設(shè)計(jì)、使用與維護(hù)、拆裝與維修等多方面考慮多級(jí)離心泵的特殊點(diǎn)，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積極創(chuàng)新，使多級(jí)離心泵達(dá)到、保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)。