多級(jí)泵平衡盤故障分析及其解決方法

張君輝，張 新

（上海航天動(dòng)力科技工程有限公司，上海 200030）

0 引言

在目前運(yùn)行中的分段式多級(jí)泵中有很多是靠平衡盤裝置來平衡軸向力的，平衡盤裝置具有自動(dòng)平衡軸向力的優(yōu)點(diǎn)，但是也有容易磨損的特點(diǎn)。如果它出現(xiàn)問題，將會(huì)導(dǎo)致泵出現(xiàn)效率下降、振動(dòng)、超電流、出力不足等問題，嚴(yán)重的將會(huì)導(dǎo)致泵不能運(yùn)行。由于很多維修人員對(duì)平衡盤裝置不是很了解，導(dǎo)致很多此類問題的泵出現(xiàn)反復(fù)維修，這不但增加了維修成本，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備停產(chǎn)。因此，了解平衡盤裝置的工作原理、平衡盤裝置的常見故障和解決方法，是很有必要的。

1 平衡盤的工作原理

平衡盤裝置中有2個(gè)間隙，一個(gè)是由平衡套和軸套外圓形成的間隙b1，另一個(gè)是平衡盤與平衡環(huán)形成的軸向間隙b2，平衡盤后面的平衡室與泵吸入口連通。徑向間隙前的壓力是葉輪后泵腔的壓力b3，通過徑向間隙b1下降為P4，又經(jīng)過軸向間隙b2下降為P5，平衡盤后面的壓力為P6，由于平衡盤后面的平衡室通過平衡水管與泵吸入口聯(lián)通，P6就等于泵吸入口的壓力加平衡水管的管阻損失。吸入室的壓力很小，因此平衡盤前面的壓力P4遠(yuǎn)大于后面的壓力P6，其壓差在平衡盤上產(chǎn)生平衡力F，用以平衡作用在轉(zhuǎn)子上的軸向力A（圖1）。

圖1 多級(jí)泵平衡盤裝置

泵在剛啟動(dòng)時(shí)由于受到軸向力的作用，泵轉(zhuǎn)子要向左移動(dòng)，這時(shí) b2減小，b2減小到平衡位置，一般為（0.1～0.2）mm，此時(shí)由于經(jīng)過b2的泄漏量極少會(huì)導(dǎo)致P4增大而P6減小，此時(shí)平衡力等于軸向力，但是由于慣性，平衡盤不會(huì)立即停在平衡位置，要靠慣性向前移動(dòng)少許后才能停止。此停止位置已經(jīng)超過了平衡位置，此時(shí)P4更大，平衡力大于軸向力，轉(zhuǎn)子又要向右運(yùn)動(dòng)，當(dāng)b2增大到平衡位置時(shí)同樣不會(huì)立即停止，又會(huì)造成軸向力又大于平衡力，轉(zhuǎn)子又要向左運(yùn)動(dòng)?？梢娖胶獗P的工作過程過程是處于運(yùn)動(dòng)平衡的過程，平衡是暫時(shí)的，相對(duì)的。

由于平衡盤平衡系統(tǒng)具有自動(dòng)平衡的特點(diǎn)，這種裝置的泵一般都不使用止推軸承。

目前經(jīng)常使用的D（DG）多級(jí)泵平衡盤裝置都是經(jīng)過了多年的生產(chǎn)驗(yàn)證的，因此平衡盤的設(shè)計(jì)方面一般是不會(huì)存在問題的，如果平衡盤裝置發(fā)生故障，就需要從其他方面尋找原因。

2 平衡盤的常見磨損原因分析及其解決方法

（1）平衡水管堵塞。如果平衡水管堵塞，則P6將等于P4，也就是說平衡盤已經(jīng)產(chǎn)生不了平衡力，已經(jīng)失去了作用，這時(shí)泵的軸向力將使平衡盤嚴(yán)重摩擦，輕者磨壞平衡盤、平衡環(huán)，使泵不能運(yùn)行，嚴(yán)重的還會(huì)燒毀電機(jī)。平衡水管堵塞是最好解決的故障，但是也是最常發(fā)生的，對(duì)于維修人員來說遇到平衡裝置故障一定要首先檢查平衡水管是否暢通。這樣的例子有很多：由于使用廠家維修人員沒有檢查到平衡水管堵塞，導(dǎo)致更換了很多套平衡盤、平衡環(huán)，不但沒有解決問題，還燒毀了幾臺(tái)電機(jī)。最后檢查發(fā)現(xiàn)是有異物堵塞了平衡水管，清除異物后設(shè)備正常工作。

（2）零件形位公差不合格、變形。平衡環(huán)由于厚度較薄，在加工通孔的時(shí)候如果裝夾不合理，會(huì)造成平衡環(huán)變形，檢查平衡環(huán)是否變形可以用下面的方法：找一個(gè)平面，只要是經(jīng)過機(jī)械加工的平面即可，把平衡環(huán)放到平面上，然后用手按壓四周，如果出現(xiàn)明顯的晃動(dòng)，則平衡環(huán)有變形，必須更換。在現(xiàn)場(chǎng)多次遇到過一開泵就發(fā)現(xiàn)平衡盤、平衡環(huán)嚴(yán)重摩擦、超電流，經(jīng)檢查平衡水管暢通，最終原因是平衡環(huán)變形，更換平衡環(huán)后問題解決。

（3）壓力從平衡環(huán)后泄出。由于平衡環(huán)和吐出段是靠螺釘連接的，如果擰緊不均勻，就會(huì)引起壓力從此處泄出，由于壓力的外泄導(dǎo)致平衡力過小，從而引起平衡盤研磨，要檢查壓力是否從此處泄出要檢查平衡環(huán)與吐出段結(jié)合處是否有高壓水沖刷過的痕跡，如果有則要消除，可加用密封膠或者O形圈加強(qiáng)密封，另外要注意幾個(gè)固定螺釘一定要均勻擰緊。

（4）平衡套和軸套磨損導(dǎo)致間隙b1過大。使用一定時(shí)間后，一些泵會(huì)發(fā)生b1磨損過大，由于平衡盤是靠2個(gè)間隙泄漏壓差來工作的，因此不可以改變b1間隙大?。ㄩg隙大小是經(jīng)過精確計(jì)算的）。一個(gè)礦上的2臺(tái)MD155-67×8水泵，使用3年左右，在前3年使用很好，但是在3年后平衡盤磨損過快，1個(gè)月左右就會(huì)磨損的不能使用。開始客戶也是頻繁更換平衡盤、平衡環(huán)，但都沒解決問題，最后檢查發(fā)現(xiàn)是b1磨損增大到0.9 mm，圖紙要求間隙為0.5 mm，更換配件間隙控制到0.5 mm解決問題。所以要保證b1在圖紙要求范圍內(nèi)，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)過大磨損要及時(shí)更換。

（5）平衡環(huán)與平很盤不垂直。如果裝配時(shí)，平衡環(huán)背面沒有清理干凈毛刺，或者裝配平衡環(huán)位置吐出段上毛刺等異物沒有清理干凈，這樣會(huì)導(dǎo)致平衡環(huán)不能裝平，從而會(huì)導(dǎo)致平衡盤和平衡環(huán)偏磨嚴(yán)重，檢查時(shí)如果發(fā)現(xiàn)平衡環(huán)背面有毛刺和異物，清理干凈即可解決問題。

（6）動(dòng)反力導(dǎo)致平衡盤后與函體摩擦。遇到過水泵開機(jī)超電流，拆開檢查發(fā)現(xiàn)平衡盤后與函體摩擦、末級(jí)葉輪與末級(jí)導(dǎo)葉摩擦，理論分析為動(dòng)反力導(dǎo)致轉(zhuǎn)子后竄，后竄后由于末級(jí)葉輪貼緊末導(dǎo)葉導(dǎo)致軸向力沒法形成，并沒法推動(dòng)轉(zhuǎn)子向前移動(dòng)。遇到這種情況，把末級(jí)導(dǎo)葉內(nèi)部大平面多車掉0.5 mm即可解決問題。

（7）平衡水孔底孔太小。有些泵平衡水孔是經(jīng)過筋打到吸入段的，可能會(huì)有個(gè)別工人加工時(shí)會(huì)擔(dān)心把筋打破，而把平衡水孔低孔鉆小，平衡水孔底孔都是以螺紋底孔尺寸為標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)異常磨損情況，再檢查平衡水管的時(shí)候也要同時(shí)檢查平衡水孔底孔的大小。

（8）軸端鎖緊螺母松動(dòng)。軸端鎖緊螺母松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致平衡盤在、軸套與軸引起摩擦，如果拆開后端軸承壓蓋時(shí)發(fā)現(xiàn)螺母松動(dòng)，一般擰緊螺母即可解決問題。

（9）用在頻繁開啟的場(chǎng)合，由于平衡盤裝置有開啟時(shí)有摩擦的特性，因此這種結(jié)構(gòu)是不適合用在頻繁開啟的場(chǎng)合的。只能考慮改變平衡方式、更換其他型號(hào)泵或者改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

以上磨損的原因有時(shí)候可能會(huì)存在幾種同時(shí)存在，因此都需要綜合考慮，避免重復(fù)拆泵、重復(fù)勞動(dòng)。

3 運(yùn)行時(shí)檢查平衡盤是否磨損的方法

很多公司使用水泵都是水泵平衡盤嚴(yán)重?fù)p壞了才發(fā)現(xiàn)，這時(shí)候基本上很多零件都已經(jīng)報(bào)廢了。設(shè)備管理人員應(yīng)該能在日常使用中及時(shí)發(fā)現(xiàn)水泵故障。

平衡盤正常磨損是可以由水泵竄量看出來的，多級(jí)泵安裝時(shí)水泵聯(lián)軸器和電機(jī)聯(lián)軸器一般都有（3～5）mm的間隙，如果使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)間隙減小了2 mm以上，就應(yīng)該停泵檢查，更換平衡盤、平衡環(huán)。

平衡盤系統(tǒng)存在問題一般有2種：第一種非常嚴(yán)重，如平衡水管完全堵塞或平衡環(huán)與平衡盤不平行嚴(yán)重，這時(shí)開機(jī)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的超電流現(xiàn)象，拆開后能發(fā)現(xiàn)摩擦，但這種故障是比較好發(fā)現(xiàn)的；第二種是磨損不正常，但是不是特別嚴(yán)重，一般能使用1個(gè)月左右，電機(jī)也不會(huì)超電流。這時(shí)就需要由其他方面來看泵是否運(yùn)行正常了：如果平衡盤出現(xiàn)摩擦?xí)r，平衡水管內(nèi)溫度會(huì)升高，如果泵運(yùn)行時(shí)用手摸平衡水管能感到溫度很高或燙手時(shí)，就說明平衡系統(tǒng)出問題了，這時(shí)就應(yīng)該停泵檢查原因。

4 緊急情況下修復(fù)平衡盤裝置的方法

有時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)情況緊急需要修復(fù)已磨損的平衡盤、平衡環(huán)（配件從水泵廠家發(fā)需要時(shí)間很長(zhǎng)），可以采取緊急修復(fù)的方法：可以在車床上把已磨損的兩端面車平，車削量要盡量小，注意要保證兩端面于軸心線垂直，兩端面粗糙度最好在Ra=3.2 μm，加工完畢后測(cè)量加工后的軸向尺寸，并和原設(shè)計(jì)尺寸（原設(shè)計(jì)尺寸可向產(chǎn)品廠家查詢）比較，用軸向總減小的尺寸加工一個(gè)平墊裝到平衡環(huán)的后面，這樣就可以保證軸向尺寸又和原設(shè)計(jì)的一樣，不會(huì)引起葉輪和導(dǎo)葉流道不對(duì)中的問題，這樣處理可以使泵暫時(shí)運(yùn)行，但是有了新的配件后還是要及時(shí)更換。

5 結(jié)語

了解泵的原理，不僅是維修人員應(yīng)該做的，也是設(shè)備管理人員該做的事情。事故都是由小變大的，設(shè)備管理人員只有了解泵的工作原理并清楚事故的表現(xiàn)形式，就可以在事故還沒開始就發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理，避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。及早發(fā)現(xiàn)問題，不但減少維修量，也能避免很多不必要的損失。