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屏蔽泵石墨軸承失效原因分析

2013-05-28

張健
(吉林石化公司有機(jī)合成廠丁苯橡膠車間)
  摘 要:屏蔽泵在實(shí)際應(yīng)用中,由于受輸送介質(zhì)、維修和操作等因素的影響,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些故障。對(duì)屏蔽泵運(yùn)行中出現(xiàn)的易發(fā)故障進(jìn)行分析,制定有效控制方法。
  
關(guān)鍵詞:成型機(jī);重錘;調(diào)速;平衡控制
  
一、屏蔽泵的結(jié)構(gòu)原理與特點(diǎn)
  屏蔽泵的電機(jī)和泵構(gòu)成一個(gè)整體,定子的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子的外表面有非導(dǎo)磁性的耐腐蝕金屬薄板密封焊接,使定子繞組和轉(zhuǎn)子鐵芯與輸送液體完全隔開,不會(huì)受到輸送液的浸蝕。另外,葉輪與轉(zhuǎn)子裝在一根軸上,由電機(jī)前后2個(gè)軸承支撐。整個(gè)轉(zhuǎn)子體浸沒在輸送液中,液部與外界沒有貫通的轉(zhuǎn)動(dòng)零部件,因而是一種無(wú)泄漏結(jié)構(gòu)(圖1)。


圖1 屏蔽泵結(jié)構(gòu)示意圖
  1、屏蔽泵的優(yōu)點(diǎn)
  (1)輸送液體不會(huì)泄漏,適合于輸送對(duì)人體有害的、強(qiáng)腐蝕性的、易燃易爆的、昂貴的、有放射性的液體。
  (2)不會(huì)從外界吸入空氣或其他東西,適合于真空系統(tǒng)的運(yùn)行和一接觸外界空氣就變質(zhì)的場(chǎng)合。不需要注入潤(rùn)滑液和密封液,既省去了注油的麻煩,也不會(huì)污染輸送液。
 ?。?)適合輸送高溫、高壓、超低溫、高熔點(diǎn)液體,這是有軸密封的泵難以輸送的。
 ?。?)電機(jī)與泵一體,采用積木式結(jié)構(gòu),非常緊湊,所以體積小、重量輕、占地面積小,在安裝方面無(wú)須熟練技術(shù)。因無(wú)冷卻電機(jī)風(fēng)扇,所以運(yùn)轉(zhuǎn)聲音很小。主要維護(hù)只是更換軸承,運(yùn)行成本低。
  2、屏蔽泵的缺點(diǎn)
 ?。?)由于屏蔽泵采用滑動(dòng)軸承,且用被輸送的介質(zhì)來潤(rùn)滑,故潤(rùn)滑性差的介質(zhì)不宜采用屏蔽泵輸送。一般適合屏蔽泵輸送的介質(zhì)的黏度為0.1~20mPa•s。
  
(2)屏蔽泵的效率通常低于單端面機(jī)械密封離心泵,而與雙端面機(jī)械密封離心泵大致相當(dāng)。
  (3)長(zhǎng)時(shí)間在小流量情況下運(yùn)轉(zhuǎn),屏蔽泵效率較低,會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱使液體蒸發(fā)而造成泵干轉(zhuǎn),從而損壞滑動(dòng)軸承。
  二、屏蔽泵使用中存在的問題
  丁苯橡膠車間所用屏蔽泵,主要輸送丁二烯。丁二烯為具有微弱芳香氣味的無(wú)色氣體,易液化。沸點(diǎn)-4.41℃,相對(duì)密度0.6211(20/4℃),凝固點(diǎn)-108.91℃,閃點(diǎn)<-6℃,折射率nD(-25℃)1.4292。臨界溫度152℃,臨界壓力4326.58kPa,臨界密度0.245g/cm3。屏蔽泵2008~2012年共出現(xiàn)故障18次,更換石墨軸承24個(gè)、葉輪1件,轉(zhuǎn)子軸2根,更換軸承監(jiān)視器12個(gè),其他部件損壞較少。
 ?。?)泵振動(dòng)(振動(dòng)值>6.5mm/s)增加后,后端軸承部位有異響,軸承監(jiān)視器指針到紅區(qū)。拆檢機(jī)泵,發(fā)現(xiàn)后端石墨軸承磨損嚴(yán)重,摩擦面上有較深的溝痕,軸套和止推盤有不同程度的磨損。
 ?。?)泵過載跳閘,軸承監(jiān)測(cè)器指向紅色報(bào)警。拆檢發(fā)現(xiàn)前、后石墨軸承有不同程度的破碎。
 ?。?)泵體振動(dòng)劇烈,出口壓力波動(dòng)較大,入口管線有雜音,調(diào)整出口閥門開度后稍有緩和,工作狀況介質(zhì)溫度稍高,出口壓力不穩(wěn)定。觀察運(yùn)行兩天后,軸承監(jiān)測(cè)器指向紅區(qū)報(bào)警,拆檢發(fā)現(xiàn)屏蔽泵前后石墨軸承有不同程度的破裂,止推盤有磨損,表面因過熱變藍(lán)。
 ?。? )2010年7月丁二烯輸送泵P-102A切換后發(fā)現(xiàn)泵體溫度36℃,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出物料溫度19℃,拆檢發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)零部件均正常,處理平衡管時(shí)發(fā)現(xiàn)管內(nèi)存有丁二烯聚合物,反向平衡管基本堵塞。疏通后試泵,運(yùn)行正常。
 ?。? )操作失誤,操作條件不符合屏蔽泵的運(yùn)行條件,造成屏蔽泵軸承失效。一次丁苯橡膠車間停車檢修后開車時(shí),丁二烯混合輸送泵P-101A發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。開車時(shí),P-101A泵出口壓力0.45MPa,沒有流量,泵頭以及管線有雜音,明顯氣蝕現(xiàn)象。停泵進(jìn)行排氣操作,點(diǎn)車啟泵,但還是發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。檢查丁二烯儲(chǔ)存罐液位及壓力,400m3球罐液位為21%,壓力0.19MPa,判斷為球罐液位和壓力低,造成丁二烯物料汽化。進(jìn)行倒料操作,使球罐液位升高,當(dāng)液位為35%,壓力0.28MPa時(shí)啟泵,出口壓力為0.8MPa,流量達(dá)到12.9m3/h,滿足生產(chǎn)需要。屏蔽泵氣蝕原因是泵入口壓力低,造成丁二烯沒有進(jìn)泵時(shí)就氣化了。
  
另一次P-101A泵振動(dòng)大,軸承監(jiān)視器指針到紅區(qū),對(duì)該泵拆檢,發(fā)現(xiàn)石墨軸承損壞,同時(shí)在屏蔽泵尾部軸承與軸承監(jiān)視器間發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)20mm螺栓一個(gè),螺栓已經(jīng)磨圓,判斷軸承損壞是因泵掉入螺栓,顯然是檢修期間丁二烯儲(chǔ)罐沒有清理干凈,造成泵吸入雜物,使屏蔽泵軸承損壞。從泵的失效形式可以看出,屏蔽泵故障主要是石墨軸承的損壞,轉(zhuǎn)子軸和葉輪的損壞也大多是因?yàn)槭S承的損壞引起的,而石墨軸承損壞的主要形式為磨損和破裂。
  三、石墨軸承失效原因分析
  1、磨損損壞
  磨損破壞的軸承有12個(gè),引起磨損破壞的主要原因是磨料磨損和腐蝕磨損。通過對(duì)工藝流程檢查分析,磨料來自工作介質(zhì),主要由兩部分組成,一是丁二烯儲(chǔ)存罐的材料為16MnR,介質(zhì)已經(jīng)運(yùn)行30年,腐蝕老化嚴(yán)重,產(chǎn)生大量鐵銹,并隨工作介質(zhì)進(jìn)入機(jī)泵。二是由于回收丁二烯中帶有堿顆粒以及部分TBC阻聚劑顆粒,這些小顆粒隨丁二烯進(jìn)入泵體以及石墨軸承引起摩擦面表面擦傷,嚴(yán)重者出現(xiàn)條痕和溝槽,產(chǎn)生的新磨屑?xì)埩粼谀Σ撩嫔希纬尚履チ希鼓p情況加劇,Z后導(dǎo)致石墨軸承的摩擦面磨損失效。
  另外,由于丁二烯中帶有部分堿,可以溶解和腐蝕石墨中浸漬的樹脂。浸漬樹脂從石墨中解析出來,影響了石墨軸承摩擦表面的致密度,軸承耐磨性降低。針對(duì)丁二烯物料中含有堿以及TBC阻聚劑的問題,應(yīng)該考慮浸潤(rùn)巴氏合金的石墨軸承,以提高耐腐蝕性和耐磨性。
  2、破裂損壞
  破碎損壞的軸承有4個(gè),這種損壞主要是軸承受熱后再急劇降溫所致。屏蔽泵的冷卻和潤(rùn)滑是用泵出口的介質(zhì),壓力為0.8MPa,通過循環(huán)液管從前石墨軸承的尾部進(jìn)入前端石墨軸承座腔,再?gòu)那岸溯S承的內(nèi)表面螺旋線槽進(jìn)入軸承潤(rùn)滑面,形成潤(rùn)滑流動(dòng)液膜,并帶走軸承產(chǎn)生的熱量。從前端軸承推力端面的螺旋槽流出后,再順著定子和轉(zhuǎn)子之間微小的間隙到達(dá)后端軸承,從后端軸承推力端面的螺旋槽進(jìn)入后軸承內(nèi)表面的螺旋槽,Z后從后部的循環(huán)液出口返回葉輪吸入口,形成泵的整個(gè)潤(rùn)滑冷卻循環(huán)。
  在運(yùn)行中如果丁二烯液位及儲(chǔ)罐內(nèi)壓力低,會(huì)導(dǎo)致泵入口壓力低,工作介質(zhì)丁二烯就在泵的吸入口負(fù)壓區(qū)汽化,形成氣液混合物,使泵內(nèi)部呈半抽空或者抽空狀態(tài),使得石墨軸承得不到很好的潤(rùn)滑和冷卻,一方面軸承與軸套、軸承與止推墊片之間的流動(dòng)液膜遭到破壞。另一方面,軸承產(chǎn)生的熱量帶不走,石墨軸承的溫度快速升高,使得石墨軸承的韌性大大降低,并
且泵氣蝕后,運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲和振動(dòng)增大并產(chǎn)生水擊現(xiàn)象,引起石墨軸承載荷周期性變化。石墨軸承在邊界摩擦和周期性沖擊載荷兩方面的作用下,轉(zhuǎn)子軸隨之前后竄動(dòng),Z終導(dǎo)致石墨軸承表面破壞。
  3、炸裂損壞
  這種損壞的軸承有4個(gè),損壞原因多是因泵抽空或回液管堵塞時(shí),由于丁二烯比較容易自聚,產(chǎn)生的自聚物堵塞泵入口過濾器以及泵反沖洗管線,機(jī)泵不能通過物料的自身循環(huán)冷卻轉(zhuǎn)子軸和石墨軸承等轉(zhuǎn)動(dòng)件,使摩擦表面在無(wú)潤(rùn)滑、無(wú)冷卻的干摩擦狀況下運(yùn)行,導(dǎo)致軸承摩擦表面溫度急劇升高、膨脹變形,一旦遇到恢復(fù)較冷的循環(huán)液體時(shí),高溫表面受到冷卻,快速收縮,導(dǎo)致石墨軸承內(nèi)外收縮速度不同,引起石墨軸承表面開裂,形成如同炸裂的徑向裂紋,此時(shí)的表面極易脫落。造成泵抽空,一是因管線堵塞,泵入口過濾器堵塞或氣阻,二是人為誤操作所致。
  四、改進(jìn)措施
 ?。?)為防止顆粒雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)泵,將泵入口管道過濾器的濾網(wǎng)改為100目的過濾網(wǎng),并對(duì)過濾器每個(gè)月清洗、檢查一次。
 ?。?)每三個(gè)月對(duì)屏蔽泵的循環(huán)冷卻管進(jìn)行檢查、拆檢、清洗一次,保證對(duì)軸承的潤(rùn)滑冷卻及電機(jī)的冷卻,每季度對(duì)泵體電機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)拆清一次,處理堵塞部位,保證有足夠的冷量對(duì)泵體冷卻。
  (3)制定嚴(yán)格的丁二烯屏蔽泵操作規(guī)程,加強(qiáng)巡檢,強(qiáng)化操作培訓(xùn),加大考核力度。嚴(yán)格按照機(jī)泵的操作規(guī)程操作。啟動(dòng)前要詳細(xì)檢查屏蔽泵出入口狀態(tài),排凈泵腔內(nèi)的氣體,使泵內(nèi)充滿液體。運(yùn)行中嚴(yán)格控制丁二烯儲(chǔ)罐內(nèi)液位,應(yīng)>35%,防止工作介質(zhì)中的丁二烯汽化。嚴(yán)禁機(jī)泵抽空,杜絕在任何情況下機(jī)泵的空運(yùn)轉(zhuǎn)。
  五、結(jié)論
  通過對(duì)丁二烯屏蔽泵使用過程中遇到的一些問題,如泵過熱、異常振動(dòng)、氣蝕等進(jìn)行分析,在使用及維護(hù)中采取相應(yīng)措施,如定期清洗泵入口過濾器、疏通反向循環(huán)管、疏通泵體冷卻水管線、加強(qiáng)巡檢、加強(qiáng)檢修質(zhì)量管理等,問題基本得到解決,現(xiàn)在丁二烯屏蔽泵運(yùn)行周期為1.8年。
來源:《設(shè)備管理與維修》2013年01期