水環(huán)式真空泵故障分析*

潘衛(wèi)東，賈建升

(蘭州石化公司設(shè)備維修公司，甘肅蘭州 730000)

1 引言

2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵主要作用是抽去水平帶式過濾機(jī)內(nèi)氣體，為過濾機(jī)提供真空環(huán)境。真空泵如果不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，相對(duì)應(yīng)的過濾機(jī)也就無法工作。該真空泵在運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)筒體與側(cè)板腐蝕泄漏、真空度過低、流量不足等問題，造成設(shè)備運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)不合格，無法滿足工藝要求，導(dǎo)致頻繁停機(jī)檢修，這直接影響到整個(gè)裝置的正常生產(chǎn)。為此，針對(duì)此現(xiàn)狀，為解決該裝置瓶頸，將2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵改造作為技術(shù)攻關(guān)改造項(xiàng)目。

2 設(shè)備參數(shù)與工作原理

2.1 真空泵的性能參數(shù)

真空泵的性能參數(shù)表如表1所列。輸送介質(zhì)為水平帶式過濾機(jī)內(nèi)氣體。工作液為管網(wǎng)化學(xué)循環(huán)水。

表1 真空泵的性能參數(shù)表

2.2 2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵工作原理

水環(huán)式真空泵主要由兩側(cè)的端蓋、與端蓋緊挨著的側(cè)板、中間的筒體、中間的葉輪共同組成，見圖1。

圖1 水環(huán)式真空泵結(jié)構(gòu)圖

2.3 2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵工作原理

首先在水環(huán)式真空泵圓柱形泵缸內(nèi)注入約1/3量的工作液，葉輪偏心地裝在泵缸內(nèi)，當(dāng)葉輪按圖中順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，水被葉輪拋向四周，形成了一個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉水環(huán)。由于離心力的作用，此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數(shù)目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的6點(diǎn)鐘方向?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)，那么葉輪在之前的前180°時(shí)封閉小腔的容積由小變大，形成負(fù)壓。此時(shí)氣體由吸氣口被吸入，當(dāng)吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕。當(dāng)葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過6點(diǎn)鐘基準(zhǔn)方向，小腔開始由大變小，使氣體被壓縮;當(dāng)小腔與排氣口相通時(shí)，氣與水便由排氣孔經(jīng)接頭沿排氣管進(jìn)入氣水分離器中，自動(dòng)分離后氣體再由放氣管放出，而工作液流回腔內(nèi)重復(fù)使用，如圖2所示。

圖2 工作原理示意圖

3 真空泵的現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)設(shè)備拆開檢查分析，將故障類型大致分為以下幾類。

(1)側(cè)板和筒體腐蝕變形嚴(yán)重如圖3、4所示，有時(shí)甚至穿孔泄漏。

圖3 側(cè)板、筒體腐蝕情況

圖4 筒體腐蝕補(bǔ)疤情況

(2)水環(huán)式真空泵真空度過低，不能滿足過濾機(jī)的生產(chǎn)工藝要求。

(3)水環(huán)式真空泵在這幾年流量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致其他裝置不能滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，最終影響催化劑產(chǎn)量。

(4)在設(shè)備長周期運(yùn)轉(zhuǎn)中，經(jīng)常出現(xiàn)真空泵兩端軸承磨損或轉(zhuǎn)子軸頭磨損，使得軸承跑套，設(shè)備振動(dòng)，響聲大，嚴(yán)重時(shí)無法正常運(yùn)行。

4 設(shè)備故障原因分析

4.1 筒體和側(cè)板腐蝕變形分析

2BE1-403-0E型真空泵為水環(huán)氣體泵，其筒體及側(cè)板都是由碳鋼鋼板卷制焊接而成。碳鋼在純凈的水中，腐蝕速度較小，但只要水中含有少量的酸性離子，材料的腐蝕速度就會(huì)明顯加快。催化劑裝置的水平帶式濾機(jī)，在生產(chǎn)過程中過濾的NY分子篩濾餅中的某些物質(zhì)會(huì)分解散發(fā)出三氧化硫，氯化氫氣體。這些酸性氣體隨其他氣體一起被水環(huán)真空泵吸入泵腔。真空泵中加入的工作液為管網(wǎng)化學(xué)水，其中含有硫酸離子。含有硫酸離子的工作液與工作介質(zhì)中的三氧化硫，氯化氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成稀硫酸和鹽酸，直接腐蝕筒體和側(cè)板。腐蝕配件反應(yīng)機(jī)理如下。

另一方面，真空泵吸入的工作介質(zhì)中混有固體顆粒狀催化劑半成品。這些白色固體顆粒物和腔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)生成的酸性液體混合，成為強(qiáng)酸性稀泥漿。這種稀泥漿在葉輪的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，將結(jié)構(gòu)疏松的FeCl2，F(xiàn)eSO4迅速磨損掉。這種磨損對(duì)未被腐蝕的碳鋼材料磨損破壞也非常嚴(yán)重。酸性腐蝕和固體顆粒物磨損共同作用，使筒體和側(cè)板不斷的非均勻減薄，直至穿孔泄露。

2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵的設(shè)計(jì)極限真空度達(dá)到了98 kPa，而改造之前普遍偏低。

4.2 真空泵真空度過低分析

在70 KPa上下浮動(dòng)。排除設(shè)備老化的因素，主要是由于酸腐蝕及固體顆粒物磨損，增大了葉輪邊緣與筒體和側(cè)板之間的距離，破壞了壓縮流道的幾何形狀，引起湍流和回流。真空泵流道的幾何形狀是經(jīng)過模擬計(jì)算并反復(fù)試驗(yàn)確定的，一旦流道破壞就會(huì)使真空泵的效率急劇下降，直接導(dǎo)致真空泵真空度不達(dá)標(biāo)。

4.3 水環(huán)式真空泵流量嚴(yán)重不足分析

由于真空泵殼體長時(shí)間結(jié)垢，形成很厚污垢，將泵殼空間堵塞，如圖5所示。在污垢中，酸腐蝕及固體顆粒物磨損，破壞了泵壓縮流道的幾何形狀，引起湍流和回流。電機(jī)軸端輸入的能量有相當(dāng)大的一部分以泵腔內(nèi)液體激烈碰撞的形式轉(zhuǎn)化為輸送介質(zhì)的內(nèi)能，而不是動(dòng)能。另外，由于酸性泥漿的腐蝕，泵的流道內(nèi)凹凸不平，固體顆粒物大量附著在內(nèi)壁上，減小了流通截面。最終導(dǎo)致水環(huán)式真空泵流量嚴(yán)重不足，耽誤生產(chǎn)。

圖5 殼體積料

4.4 水環(huán)式真空泵軸承頻繁更換，運(yùn)行噪聲大

真空泵筒體與側(cè)板內(nèi)壁腐蝕磨損嚴(yán)重，非常粗糙。這增大了葉輪邊緣與筒體和側(cè)板之間的距離，破壞了原本穩(wěn)定的層流液環(huán)。白色酸性稀泥漿裹挾著介質(zhì)氣體以湍流的形式在筒體內(nèi)激烈碰撞，引起真空泵劇烈振動(dòng)，損壞軸承并產(chǎn)生噪音。

5 分析軸承故障舉例

2011年3月9日，監(jiān)測人員在監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)該泵后端軸承箱發(fā)出“轟隆隆”間斷異常響聲，溫度較高為61℃。通過儀器軸承振動(dòng)儀監(jiān)測數(shù)據(jù)，如表2所列。

表2 二套分子篩裝置真空泵監(jiān)測數(shù)據(jù)

故障原因分析，觀察振動(dòng)值和CF值:OA值前后端垂直方向峰值高達(dá)28.31 mm/s，前端軸承有磨損。觀察分析真空泵自由端的垂直、水平、軸向三個(gè)方向 頻譜圖，如圖6～8所示。

圖6 真空泵自由端垂直方向頻譜圖

圖8 真空泵自由端的軸向方向

圖6頻譜圖反映在低頻處頻帶，峰值都很高，達(dá)到22.19 mm/s，說明真空泵自由端軸承振動(dòng)嚴(yán)重。圖7、8頻譜圖可看出兩圖形基本相同，都有明顯軸承倍頻，邊帶現(xiàn)象。說明真空泵自由端存在軸承故障。同時(shí)，憑借經(jīng)驗(yàn)結(jié)合表2振動(dòng)OA值，觀察數(shù)據(jù)分析，初步認(rèn)為軸承磨損，轉(zhuǎn)子存在不平衡現(xiàn)象。及時(shí)向車間施工反映該設(shè)備狀況，建議檢修處理故障。

圖7 真空泵自由端 水平方向

在2011年3月10日打開設(shè)備拆檢配件，發(fā)現(xiàn)軸承跑外套，軸承盒磨損0.55 mm，軸磨損0.90 mm，形成溝槽，如圖9所示。

圖9 真空泵自由端的軸頭

處理過程:對(duì)真空泵轉(zhuǎn)子自由端的軸頭進(jìn)行了堆焊加工處理，并更換32230二套軸承和6230一套軸承。檢修后試車，設(shè)備運(yùn)行正常。

6 結(jié)論

2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵在長期使用中，經(jīng)常發(fā)生的這種類型的故障，經(jīng)過不斷的分析，對(duì)故障進(jìn)行針對(duì)性處理后，可繼續(xù)延長設(shè)備的運(yùn)行周期，大大降低了檢維修成本費(fèi)用。

［1］ 王保華，袁宏義，趙 鈺.設(shè)備故障的振動(dòng)識(shí)別方法實(shí)例與診斷標(biāo)準(zhǔn)［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，2004.

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［3］ 許 州，揚(yáng) 程.固化爐排氣風(fēng)機(jī)軸承的故障診斷和處理［J］.設(shè)備管理與維修，2010(3):21.

［4］ 設(shè)備管理與維修［M］.北京:中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)出版社，2010.