灌區(qū)高揚程離心泵斷軸問題及相關(guān)對策

趙惠莉

（甘肅省景泰川電力提灌水資源利用中心，甘肅 景泰 730400）

離心泵是泵站工程中不可缺少的設(shè)備，離心泵的正常穩(wěn)定運行能夠提升整個泵站的生產(chǎn)能力，能夠滿足區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)灌溉需求。但離心泵在運行過程中易受到一些因素影響而出現(xiàn)斷軸問題，導(dǎo)致整個灌區(qū)的生產(chǎn)都受到影響。下面結(jié)合實際，對灌區(qū)高揚程離心泵斷軸問題的產(chǎn)生原因進行分析。

1 灌區(qū)高揚程離心泵斷軸原因

1.1 機組軸心線偏離

機組與電機的軸線是否重合關(guān)系著離心泵能否正常穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，若兩軸不同心，離心泵出現(xiàn)斷軸故障的概率就會上升。如某灌區(qū)高揚程離心泵在工作過程中出現(xiàn)斷軸故障的次數(shù)較高，對故障進行分析后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致離心泵多次出現(xiàn)斷軸問題的主要原因是機組的軸心線未能高度重合。設(shè)備安裝人員在安裝過程中未能根據(jù)圖紙以及現(xiàn)場實際情況將離心泵與電機的軸心線進行找正，使泵的軸心線偏離電機的軸心線，且沒有將調(diào)整墊片安裝在電機座下，導(dǎo)致電機中心高度得不到及時調(diào)整，最終使離心泵在運行過程中頻繁出現(xiàn)斷軸問題[1]。結(jié)合以往經(jīng)驗可知，當機組軸心線未高度重合時，就會產(chǎn)生以下兩方面影響：一是當離心泵與電機以同樣的速度高速運轉(zhuǎn)時，泵軸因兩軸不同心導(dǎo)致其扭矩加大，使軸承受到嚴重的磨損與破壞。在離心泵與電機持續(xù)高速運轉(zhuǎn)的情況下，產(chǎn)生的扭矩就會超過軸承的極限允許值，軸承就會被損壞導(dǎo)致泵軸被折斷。二是離心泵與電機的運轉(zhuǎn)速度不相同，離心泵處于高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)。此時，受到兩軸不同心的影響，泵體出現(xiàn)幅度較大的振動，當實際振動值超過最大的允許值時，泵軸就會受到嚴重影響，泵軸因疲勞而斷裂的概率也就會直線上升，并且泵體長時間的振動也會使軸承的使用壽命縮短，使泵軸更易出現(xiàn)斷裂[2]。

1.2 泵軸設(shè)計不科學(xué)

經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，軸承設(shè)計關(guān)系到離心泵的運行，當泵軸的設(shè)計不夠科學(xué)合理時，離心泵出現(xiàn)斷軸的概率就會增加。某灌區(qū)高揚程離心泵在運行過程中出現(xiàn)多次斷軸問題，且每次的斷裂位置都相同（在靠葉輪端第一個軸肩根部）[3]，經(jīng)過仔細的檢查后發(fā)現(xiàn)，在斷軸的邊緣有比較清晰的疲勞裂紋臺階，而斷面光滑平整無任何痕跡。根據(jù)斷裂表現(xiàn)將泵軸斷裂類型確定為疲勞性斷裂。通過分析研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致泵軸多次斷裂的最根本原因是軸承的設(shè)計不夠科學(xué)，軸肩與軸頸之間為直角，缺少過渡圓角。在這樣的設(shè)計下，離心泵的軸在受力后極易出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，當泵在高速運轉(zhuǎn)時，泵軸受到彎矩、扭矩等的作用而將剪應(yīng)力集中在軸肩部，當軸肩部受到的剪應(yīng)力過大時就會斷裂。

1.3 軸承選型

研究與實踐證明，泵軸的型號、材質(zhì)等也是導(dǎo)致泵軸斷裂的重要因素。在泵軸選型不當或者材料脆性過大的情況下，其發(fā)生斷裂的可能性也就更大。綜合上述分析可知，在離心泵運轉(zhuǎn)過程中，兩軸不可能完全同心，因此在運轉(zhuǎn)時總會有振動產(chǎn)生。要想最大程度消除泵體振動對泵軸的影響，就需讓軸承有自動調(diào)心的能力。但目前許多灌區(qū)的離心泵都采用208 型軸承，不具備自動調(diào)心的功能。因此當離心泵處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時，泵軸就會受到來自雙軸不同心以及泵體振動的雙重影響，軸承受到的破壞增加，也更有可能發(fā)生斷軸問題[4]。

1.4 泵出水管道安裝方式

離心泵出水管道的安裝形式也會對泵軸產(chǎn)生一定影響。對灌區(qū)高揚程離心泵的出水管管道按照豎直的形式節(jié)能型安裝時（管道垂直于泵軸），在離心泵運行過程中，出水管道會受到乳化液溫度升高的影響而出現(xiàn)膨脹伸長現(xiàn)象，當管道伸長時，其作用給泵軸的壓力就增加，泵軸長時間受到管道壓力就會出現(xiàn)彎曲以及傾斜現(xiàn)象，進而造成泵與電機兩軸心線完全不重合，最終導(dǎo)致斷軸問題。除此之外，當離心泵在運轉(zhuǎn)過程中，葉輪也可能會與泵殼產(chǎn)生碰撞與摩擦，兩者碰撞產(chǎn)生的沖擊力使泵軸受到的彎矩在瞬間增大，導(dǎo)致泵軸瞬間斷裂。

2 離心泵斷軸因素綜合分析

2.1 超標運轉(zhuǎn)使動力矩改變

通常情況下，離心泵葉輪本身處于動靜平衡，設(shè)備本身的性能以及工作質(zhì)量維持在標準化數(shù)值，而當設(shè)備本身的平衡被打破時，設(shè)備運轉(zhuǎn)從常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑯藸顟B(tài)，葉輪出現(xiàn)失衡，原本在泵殼中的轉(zhuǎn)力以及力矩也會在同一時間發(fā)生改變，離心泵葉輪中的轉(zhuǎn)子力矩會在運動狀態(tài)下不斷加深，彎折效果提升，對力矩運行帶來影響，整個過程會遵循某種周期性的規(guī)律，無論是狀態(tài)還是應(yīng)用效果上都會發(fā)生一定程度的改變。從物理學(xué)角度來講，離心泵葉輪所具備的彎折力矩會和泵軸在跨距方面呈正比例關(guān)系，換句話說，離心泵本身所具備的轉(zhuǎn)速數(shù)值上升時，彎折力矩的變化頻率也會隨之提升，反之，離心泵的轉(zhuǎn)速數(shù)值下降時，彎折力矩的變化效率也會因此下降。

2.2 周期性的復(fù)合運動

從本質(zhì)上來講，離心泵的運行轉(zhuǎn)動一旦出現(xiàn)平衡被打破的情況，便會產(chǎn)生相應(yīng)的復(fù)合運動現(xiàn)象，且周期性明顯，會涉及彎曲運動，在這一過程中，原本在水泵中的轉(zhuǎn)子開始運轉(zhuǎn)，時間越長，設(shè)備磨損不斷加深，尤其是長時間使用會引發(fā)嚴重的斷裂情況。為了避免類似的情況出現(xiàn)，相關(guān)人員在對離心泵進行故障檢測時，需要對注意整個葉輪的動靜狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時進行轉(zhuǎn)軸的更換，并對設(shè)備進行維護。

2.3 安裝與管理工作不當

就目前來看，很多水泵裝置在運行時都會有不同程度的振動，究其原因，是沒有做好安裝工作，后期管理過程中也沒有進行維修，使電機裝置以及水泵裝置彼此之間相互影響相互作用，從而出現(xiàn)振動現(xiàn)象。這類振動本身的傳遞性較為明顯，當聯(lián)軸器傳播振動時，原本的水泵彎折力矩數(shù)值會不斷增大，頻率方面也會發(fā)生較為明顯的改變。通常情況下，在安裝水泵時要清楚水泵的整體結(jié)構(gòu)，避免出現(xiàn)鏡像振動，降低軸向竄動所帶來的影響。

3 灌區(qū)高揚程離心泵斷軸防控與處理對策

3.1 重新找正機組

針對離機組軸心線不重合的問題，可采用刨削電機底座的方法，在保證強度充足的情況下對電機底座下的表面進行刨削處理，讓機組的中心線降低。為了使機組能自動調(diào)整中心線，可在電機底座部位安裝2 塊左右的薄銅墊板，讓電機結(jié)合實際情況自動調(diào)整高度，從根本上解決兩軸心線不重合的問題，控制離心泵泵體的振動幅度，使泵軸得到有效保護[5]。

3.2 優(yōu)化泵軸設(shè)計

針對由泵軸設(shè)計不合理而引起的斷軸問題，應(yīng)當結(jié)合相關(guān)技術(shù)標準與規(guī)范，根據(jù)灌區(qū)高揚程離心泵的實際運行環(huán)境、運行需求等對泵軸進行重新設(shè)計與加工，通過提高泵軸設(shè)計的科學(xué)性與可行性降低離心泵斷軸概率，保障離心泵正常穩(wěn)定運行。結(jié)合現(xiàn)實的運行需求，取消原泵軸上各軸肩與軸頸之間的直角以及退刀具槽，將直角替換為圓角的過渡形式，使應(yīng)力能平緩均勻過渡，不會在肩部集中，從而杜絕軸承斷裂事故的發(fā)生。此外，為了使離心泵軸有更強的抗壓能力，還可對泵軸的材料進行改進，如由45 鋼代替原來的材料，并在加工結(jié)束后做調(diào)質(zhì)處理，使泵軸的強度大大增強，將泵軸斷裂的概率降到最低。

3.3 選擇合適的軸承

離心泵軸承型號不合理會導(dǎo)致泵軸斷裂的概率增加。因此，在后期還應(yīng)根據(jù)實際情況對軸承進行調(diào)整改造，通過改造讓軸承以及泵體的振動減輕，解決軸線不同心問題，將泵軸發(fā)生斷裂的概率降到最低。灌區(qū)的高揚程離心泵可使用1208 型軸承，這一型號的軸承具有自動調(diào)心的功能，能滿足灌區(qū)使用要求[6]。

3.4 泵出水管道增設(shè)伸縮裝置

將泵出水管道設(shè)置在離心泵軸的上方不利于保護離心泵軸，會使離心泵軸出現(xiàn)斷裂的概率增加。因此，需對泵出水管道的設(shè)置方案做適當?shù)膬?yōu)化調(diào)整?？筛鶕?jù)現(xiàn)場工藝壓力以及溫度等實際情況，設(shè)計一種填料式鋼結(jié)構(gòu)伸縮裝置，利用自動伸縮功能的裝置來減輕或消除管道對泵軸的負面影響，讓泵軸得到有效保護。

3.5 完善設(shè)備運維管理

離心泵的使用時長等與灌區(qū)的設(shè)備管理措施有直接關(guān)系。一直以來，有些單位“重使用、輕管理”，對設(shè)備沒有及時管理與維護，導(dǎo)致設(shè)備存在一些隱患，最終引發(fā)斷軸現(xiàn)象。制定高揚程離心泵定期檢查制度，按期組織專業(yè)人員對高揚程離心泵進行大檢或小檢，通過檢查及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量隱患并作出處理，防止問題擴大。制定高揚程離心泵運維管理細則。有關(guān)單位應(yīng)按照高揚程離心泵出場說明、操作說明及離心泵的運行環(huán)境等制定詳細統(tǒng)一的運維標準與質(zhì)檢標準，確定離心泵運維步驟、運維措施，推動各項運維管理工作朝規(guī)范化發(fā)展。在當前背景下有必要引進現(xiàn)代智能化、自動化的監(jiān)測技術(shù)，安裝自動監(jiān)測裝置或是構(gòu)建設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時的監(jiān)測掌握設(shè)備運行情況，了解高揚程離心泵軸承磨損情況，在此基礎(chǔ)上制定預(yù)防、維護與處理方案，將出現(xiàn)斷軸問題的概率降到最低。離心泵在運行期間有時會出現(xiàn)潤滑油滲漏問題，當發(fā)現(xiàn)該問題后必須及時上報，并按照規(guī)定檢查滲漏原因，改進軸封結(jié)構(gòu)，提高設(shè)備密閉性，提高設(shè)備穩(wěn)定性與可靠性。

4 結(jié)語

高揚程離心泵是灌區(qū)的重要設(shè)備，離心泵斷軸問題會對區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)活動帶來很大影響。為此，對于離心泵斷軸問題要根據(jù)具體的斷軸原因采取針對性措施進行防范與處理。本文根據(jù)部分斷軸原因從技術(shù)層面提了幾點建議，包括重新找正機組、優(yōu)化軸泵設(shè)計、選擇合適的軸承、為泵出水管道增設(shè)伸縮裝置，同時還提出通過一些管理性措施來降低泵軸斷裂概率，讓高揚程離心泵能正常穩(wěn)定運行。如加強平時對設(shè)備的監(jiān)測與管理，實時掌握泵軸磨損情況，并及時采取必要措施進行防護。若發(fā)現(xiàn)離心泵在運行時存在潤滑油滲漏問題，就應(yīng)及時改進軸封結(jié)構(gòu)，提高其密閉性，及時消除故障。