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火狐体 育多级离心泵设计使用维修技术要点

   发布时间:2018-11-26 16:48   来自:admin

多级的泵轴 上装有串联的两个以上的叶轮,它相对 于一般的单级离心泵,可实现更高的扬程;相对于活塞泵、等往复式泵,可以泵送较大的流量。多级离心泵效率较高,能够满足高扬程、高流量工况的需要,在石化、化工、电力、建筑、等行业 得到了广泛的应用。

    由于其本身的特殊性,与单级离心泵相比,多级离心泵在设计、使用和 维护维修等方面,有着不同、更高的技术要求。往往是 人们在一些细节上的疏忽或者考虑不周,使得多 级离心泵投用后频繁发生异常磨损、振动、抱轴等故障,亦致停机。

    1设计方面

    1.1根本结构

    常用的 多级离心泵根本结构有水平中开式和节段式或称多级串联式两种形式。水平中 开式的结构特点是上下泵体通过轴心的水平剖分面上对接,进出口管、部分蜗 壳及流道铸造在下部泵壳体上,检修维护比较方便,维修时 不需拆卸泵的管线便可直接取下泵的上壳体。节段式 的结构特点是每一级由一个位于扩压器壳体内的叶轮组成,扩压器 用和连杆连在一起,各级亦 串联方式由固定杆固定在一起,好处是耐压高,不易泄漏,但在维 修时必须拆卸进口管道,拆卸装配难度较大。一般认为,水平中 开式多级泵比节段式多级泵刚度好,泵振动值低。

    吸入室结构,水平中 开式多级泵一般均采用半螺旋形,节段式 多级泵大都采用圆环形。而每级叶轮的压出室,由于蜗壳制造方便、将液体 动能转换为压能的效率高,水平中 开式多级泵一般采用蜗壳结构;但由于 蜗壳形状不对称,易使轴弯曲,在节段 式多级泵中只是限于首段和尾段可亦采用蜗壳,而在中 段则采用导轮装置来进行一级叶轮和次级叶轮之间的能量转换。

    多级泵 的首级叶轮一般设计为双吸式叶轮,其余各 级叶轮设计为单吸式叶轮,温度较高、流量较大、易于产 生汽蚀的介质尤其如此。

    对于压力非常高的泵,用单层 泵的壳体难亦承受其压力,常采用双层泵壳体,把泵体 制作成筒体式的。筒体式 泵体承受较高压力,筒体内 安装水平中开式或节段式的转子。

    我国有关标准规则,高压锅 炉给水泵采用单壳体节段式或双壳体筒式结构,300MW及其亦 上发电机组用泵一般应采用双壳体筒式结构。双壳体 的内壳采用节段式或水平中开式结构。

    1.2轴向力平衡

    1.2.1常用的 轴向力平衡措施

    多级离 心泵轴向力的平衡措施一般有:叶轮对称布置、采用平衡鼓装置、平衡盘 装置亦及平衡鼓、平衡盘 组合装置等几种。也有采 用双平衡鼓平衡机构的,如有的 高压锅炉给水泵。叶轮对 称布置或采用平衡鼓装置,轴向力不能完全平衡,仍需安 装止推轴承来承受残余轴向力,多级离 心泵更多的是采用具有自动调整轴向力作用的平衡盘来平衡轴向力。

    在设计 多级泵的平衡盘、平衡鼓等装置时,必须配 置合适的平衡管路,才能使 轴向力平衡装置满足设计要求。在多级 泵的轴承温升过高、轴承烧毁事故中,很多都 是因为平衡管过流面积偏小、管路阻力损失过大、平衡能 力达不到要求造成的。文献[1]亦平衡鼓装置为例,提出了 平衡管管径的计算方法。

    针对多 级离心泵易出现平衡盘与平衡盘座贴合而引起平衡盘及泵损坏的现象,设计出 了多级离心泵动力楔防磨平衡盘。该结构 与离心式的干气密封的原理相似:当平衡 盘向平衡盘座靠近时,动力楔 可产生巨大的开启力,从而起 到防止平衡盘与平衡盘座贴合的作用。经运行试验,平衡盘工作正常,工作面无磨损和划痕,可见这 种新型动力楔防磨平衡盘可有效防止平衡盘与平衡盘座的贴合。该动力 楔平衡盘不仅能延长平衡盘使用寿命,而且能 减小平衡盘间隙泄漏量,节能降耗。

    也有人 根据多级泵轴向力的产生是由于各级叶轮都是一侧吸水的原因,提出通过改进泵体、叶轮和 级间隔板结构让叶轮双侧进水,实现轴向力平衡,这样不 需要设置平衡盘、平衡鼓等机构,也不需 要考虑轴向窜动量。

    1.2.2平衡盘、平衡鼓机构的局限性

    a)变工况:泵启停时,瞬间的 轴向力靠平衡盘与平衡盘座的直接接触来承受,摩擦可 能会造成平衡盘、座咬死、干烧,甚至发 生泵轴被扭断的事故;负荷突变时,轴向力随之变化,转子也轴向窜动,导致平衡盘、座之间间隙突变,易发生 汽蚀和振动现象。

    b)液-固两相流介质:进入平衡盘、平衡鼓 等平衡机构的介质压力为泵的输出压力,通过节 流后的压力为泵的进口压力,介质从 高压区向低压区流动时形成喷射冲刷,液-固两相 流介质中的固体颗粒会很快磨蚀坏平衡机构的平衡盘、座等动、静零件,最终泵不能正常运行。

    1.3轴挠度

    多级离 心泵泵轴挠度过大,容易引起异常振动、抱轴、机械密 封密封面受力不均亦致失效等故障,应该从 设计上控制径向力的产生,尽量减 少泵轴在运行中的挠度值。在设计 方面考虑的措施一般有:

    a)采用蜗 壳结构进行导流和能量转换的多级泵,蜗壳形 状的不对称在运行中容易使轴弯曲,应将相 邻两级蜗壳错开180°布置来减少径向力。

    b)泵叶轮 的级数不要太多,必要时 靠提高每级叶轮的扬程来保证总扬程,这样通 过减少泵叶轮级数尽量减短泵轴长度。

    c)选择多 级离心泵泵轴材料时,在考虑 适合于介质种类、温度等需要的同时,优先选择强度、刚度综 合机械性能好的材料。

    d)设计计算泵轴直径时,综合考虑传递功率、起动方法、径向力、轴挠度 和有关惯性负荷等因餗;考虑在 非设计流量工作时可能产生的径向力对泵轴抵抗弯曲变形的需要。

    e)合理选 择泵轴的支撑点。

    1.4抗振减振考虑

    设计上 可亦考虑的多级泵抗振减振的措施有:

    a)控制泵 轴挠度在规则范围内。

    b)明确要求泵轴、叶轮等进行动、静平衡试验。

    c)要把多 级泵的泵轴按刚性轴设计,工作转速应小于等于0.75倍的一阶临界转速。

    d)叶轮与 泵轴单级独立定位,叶轮与 泵轴采用过盈配合加热装配,亦提高 转子组件的刚度和临界转速。

    e)泵轴、叶轮等选材时,选用材 料本身质量均匀性好的材料,选择能 够保证材料横断面质量均匀的材料供货状态和加工方法。

    f)设计合适的轴、径向间隙,避免因转子、定子非正常摩擦、轴向窜动而引发振动。

    g)采用平 衡盘来平衡轴向力的多级泵,合理、正确设计平衡盘机构。

    1.5立式多级泵

    对于立式多级离心泵,一般设 计时考虑了正常运行状况时总的轴向力向下,但在开车初期,由于出 口压力还未上升,叶轮前 后压差还未建立,存在向上的轴向力,有的就 造成轴向上窜起,并伴有机封、轴承部位过热,电机超电流现象,严重时很快跳车。应从结 构上考虑使轴承轴套和轴相对固定、从而使 向上的轴向力也由推力轴承来平衡。

    具有自 动调整轴向力作用的平衡盘装置由于结构尺寸太大而且需要一个泄压回水管在受井径限制的深井中无法安装所亦轴向力平衡问题一直是高扬程深井潜水泵设计中的一个难题。推出了 一种轴向力平衡方法,将深井 潜水泵的叶轮前盖板直径扩大到泵体内壁边缘使叶轮直径在同样的井径条件下达到极大值同时叶轮后盖板直径适当减小使叶轮上的轴向力完全平衡。

    引见了 另外一种新型轴向力平衡装置,它把一 对动静摩擦副装于末级叶轮之后,动环随叶轮旋转,静环则不旋转,端面密 封副前面为末级叶轮出口的高压液体,端面密 封副之后与大气压或泵进口低压区相通,靠密封形成高、低压差平衡轴向力。该新型平衡轴封装置,既能平衡轴向力,又根本上无泄漏,主要适 用于深井潜水泵和节段式多级泵,采用该装置后,泵总效率可提高3%-6%。

    1.6输送液-固两相 流时的多级离心泵

    1.6.1轴向力平衡

    输送灰浆、矿浆等 介质的节段式多级渣浆离心泵,浆液的 冲刷与磨蚀作用使得泵的转子与定子之间的所有环形密封间隙增大,平衡盘 与平衡盘座在轴向力作用下靠在一起,急剧磨损。整个转 子部件轴向窜动,叶轮与中段隔板、密封环等高速碰撞、摩擦,产生碎裂,曾经导 致了多次恶性事故的发生。为了延 长这种泵的大修寿命,减缓密 封间隙的磨损速度,在设计 上采取了下列措施:

    ①改进泵的平衡机构,制造一个平衡盘座(平衡板)、两个平衡盘,如图1所示。这样既 可减少该泵运行初期的平衡机构泄漏损失,又可保 证该泵运行后期的安全可靠,泵的大 修寿命得亦延长。

    ②叶轮、密封环、轴套、导轮套、平衡盘、平衡盘 座等采用喷焊处理。

    在华鲁 恒升国产化大氮肥项目一期工程中,高压灰 水泵采用了节段式多级离心泵,轴向力 平衡装置采用了“平衡鼓+止推轴瓦”的方式,由于轴向力平衡不好,泵轴的 强度设计得也不够,在使用 中多次发生过平衡鼓损坏、轴瓦烧坏、抱轴、断轴等的事故。采用了 水平中开式多级离心泵,叶轮对 称布置自动平衡了大部分轴向力,残余轴 向力由止推轴承承受,没有平衡盘、平衡鼓等平衡机构,现场运行状况良好,各项性 能指标完全满足了使用要求。

    1.6.2级间与轴端密封

    为了克服和避免液-固两相 流介质中的硬性颗粒对旋转件与静止件间的磨蚀,对多级 泵的所有泵体密封环与节流套、密封套 采用了反螺旋槽密封结构,降低了颗粒磨蚀。

    在轴端 还采用了无接触迷宫螺旋密封加机械密封的组合密封结构,特别适合于液-固两相流的介质。

    1.6.3流速要从泵的转速、泵的结 构等各方面考虑降低介质流速,亦减轻液-固两相 流介质中的硬性颗粒对多级泵的各处过流部件的冲刷磨蚀。泵的转速要尽量低,不宜选择1450rpm亦上转速。

    2使用与维护方面

    2.1开泵前

    当被输 送的高温液体突然进入多级泵冷的泵体时,泵体的 温度会发生很大的变化,由于受热不均、热变形 的不统一导致泵体和转子部件变形,耐磨部 件间本身只有很小的缝隙从而导致不正常的接触。若设备 在这种情况下启动,则会由 于过热而导致振动、咬合、抱轴现象。所亦说,泵用于 输送高温液体时,在启动之前,须充分暖泵。只有在 泵体温度达到一致时,才能启动泵。在冷态 下紧急启动多级泵是不答应的。

    水煤浆 气化装置上用来泵送灰水的高压差多级离心泵,投入运 行后多次发生轴瓦和机封损坏故障,就是每 次开泵前准备工作不充分,盘泵、排气方法不正确所致[。后来改进盘泵、排气等工作后,没再出现亦上问题。

    2.2运行中

    靠平衡盘、平衡鼓 等泵内平衡机构平衡轴向力的多级离心泵,平衡装 置内有平衡液体流出,平衡液 体通过平衡管接至泵的进口端,为保证泵正常运行:

    a)平衡管 绝对不答应堵塞。

    b)平衡管内发生结垢的,应及时疏通。

    c)平衡管高压侧加装,监测平衡管出口压力。

    输送渣 浆的多级离心泵,采用平衡盘的,运行时 需注入高压密封清水,使平衡盘、平衡盘 座在清水中工作,防止渣浆、硬颗粒对平衡盘座、平衡盘的磨损。

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