多級離心泵平衡裝置結構改進

李華政

（江西銅業(yè)集團武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

多級離心泵是井下礦山排水應用十分廣泛的設備，為了適應礦山排水高揚程的特點，金屬礦山井下泵站一般都采用多級離心泵。對同型號不同級數的離心泵而言，級數越多產生的軸向力越大。因此，平衡裝置對于多級水泵的正常運行至關重要，其日常維護是水泵檢修工作的重要組成部分。如何進一步降低平衡裝置備件費用，提高更換效率，減輕維修人員勞動強度是多級離心泵后期維護急待解決的問題?；诖耍疚囊越饘俚V山多級離心泵平衡裝置結構改進措施及應用效果作為研究對象進行闡述。

1 多級離心泵平衡裝置及存在問題

由于多級離心泵中平衡裝置易磨損，導致多級離心泵經常出現故障，不僅使得檢修效率降低，而且極大程度上提高了維護成本[1]。就目前而言，國內的多級離心泵主要借助于平衡盤達到平衡軸向力的目的。該平衡裝置位于水泵出水端的平衡室內，主要由平衡盤和平衡環(huán)兩部分組成。其中，平衡環(huán)是通過螺絲安裝固定在泵體上，平衡盤與泵軸、平衡套配合，并通過平鍵固定在泵軸上，如圖1所示。

表1 平衡盤、平衡環(huán)

平衡盤結構與各部分承擔軸向力，平衡力一部分由徑向間隙直徑R0至平衡穩(wěn)盤軸向間隙內半徑R1截面上產生，另一部分由平衡盤軸向間隙半徑R1到外半徑R2截面上產生[2]，如圖2所示。在使用過程中，受井下水質含泥砂量的影響，多級離心泵極易出現問題的原因主要在于平衡盤與平衡環(huán)磨損。因此，本文通過調查研究井下礦山排水泵站DF280-65＊9型水泵的實際使用情況，總結出了平衡盤、平衡環(huán)使用情況（表1）。

圖1 平衡盤結構示意圖

根據調查發(fā)現，更換平衡裝置的問題主要下述兩個方面：

（1）平衡裝置價格昂貴，使用性價比低。前文已經提到，影響多級離心泵易出現故障的主要原因在于平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)的磨損問題，因此，在維修過程中只需要更換易磨損的平衡盤和平衡環(huán)即可。一般來說，多級離心泵中的平衡環(huán)和平衡盤的磨損問題出現在兩者之間的接觸面上，當兩者的磨損量超過4mm后就必須及時更換，否則水泵就會出現電流高、發(fā)熱等故障。在使用過程中，該裝置的更換周期一般為45天左右。由表1可知，每更換一次平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)，僅備件投入就高達11112元，其維修成本昂貴，因此多級離心泵平衡裝置中的平衡盤和平衡環(huán)的使用性價比低。

圖2 平衡盤軸向力示意圖

（2）平衡盤難拆卸的問題突出，更換效率低[3，4]。通過現場調查發(fā)現，井下泵站水倉中所蓄積的井下生產廢水，其水質極差，水體內含有較多的泥沙，PH值約為4。多級離心泵在運行過程中，隨著運行時間增長，平衡盤與泵軸之間的裝配縫隙中殘留的泥沙物質逐漸增多。此時，一旦多級離心泵平衡裝置出現故障，因泥沙過多而導致平衡盤拆卸極為困難，為設備的維護帶來了很大的干擾因素，提高了維護成本。由于經常遇到平衡盤難拆卸的情況，維修人員曾嘗試多種解決方法無果后，只能采用熱切割的方法將其從泵軸上取出,這種方法不僅增加了維修人員的勞動強度、還降低了維修效率。

2 多級離心泵平衡裝置結構改進措施

基于上述實際存在的問題，通過現場調查和結構改進實驗，提出了改進措施。將一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，具體改進計劃見表2。

表2 多級離心泵平衡裝置結構改進對策

圖3 平衡裝置示意圖

上文中所說的一體式平衡盤，如圖3-a所示。有兩個功能，一是提供一個磨損面，二是將平衡盤安裝到泵軸上的預定位置后，通過平衡盤上的平衡擋套起到限位作用，以保證平衡盤不會在軸上出現位移。根據現狀調查情況，一體式平衡盤磨損量超過4mm后就必須更換，由于平衡擋套與平衡盤為一體式，即使平衡擋套部分未磨損也必須一起更換。為此，提出改進平衡裝置結構，將一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，如圖3-b所示。一是將磨損面單獨加工成平衡襯環(huán)，通過螺釘固定在平衡盤上，二是將平衡擋套從平衡盤上分離出來，這樣可以大大減小了平衡盤和泵軸的接觸面積，減少了平衡盤與泵軸之間的摩擦力，有效的緩解了因平衡盤與泵軸之間夾雜較多雜質難拆卸的問題。

3 多級離心泵平衡裝置結構改進效果

在完成理論設計的基礎上，向水泵生產廠家提出了改進方案，廠家根據改進后的平衡裝置圖紙加工了多套分體式平衡裝置，并安裝到了井下泵站水泵上進行實驗研究。

根據分體式平衡盤使用統(tǒng)計情況（表3），同時結合現場維修情況發(fā)現分體式平衡盤不再受泥沙堵塞的影響，平衡盤可以順利的從泵軸上拆卸下來，而平衡擋套一般情況下無需從軸上拆下，作業(yè)效率得到了提高。更重要的是，單獨設置平衡襯環(huán)做磨損件后，平衡盤可以重復使用多次，節(jié)約了備件成本，其優(yōu)點主要有以下幾個方面：

表3 平衡裝置改進后性價比對比表

（1）緩解了備件成本壓力。根據分體式平衡裝置單價表，使用分體式平衡盤后，在平衡盤沒有磨損或者是輕度磨損的情況下，只需更換平衡襯環(huán)和平衡環(huán)，成本為4312元，如果使用一體式平衡盤，成本則高達11112元。

（2）緩解了平衡盤拆卸難，容易磨損的問題。由于平衡盤與泵軸之間接觸面減小，將平衡盤從軸上取下時的摩擦力大大減小，即使平衡盤與泵軸之間夾雜少量雜質也能較為輕松的將平衡盤取出而不用將整套平衡裝置破壞。

4 結語

通過改進，多級離心泵一體式平衡盤加工成分體式平衡盤，方法可行、結構簡單。實踐應用表明，平衡裝置結構的改進，不僅達到了重復利用平衡盤的目的，降低了水泵維修的成本，還可以較好的提高水泵日常維護效率，該種改進方式具有較好的應用前景。