泵體不同心引起的主輸泵卡阻故障分析

鐘 龍

（中國(guó)石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東廣州 510000）

0 引言

中石化華南成品油管網(wǎng)南丹站2#主輸泵為單級(jí)兩端支撐BB1水平中開軸向剖分式離心泵。該離心泵廠家為德國(guó)RUHRPUMPEN，型號(hào)為ZMI480/03，額定流量996 m3/h，額定揚(yáng)程245 m，額定效率81%，軸功率691 kW。2019年8月，開展計(jì)劃內(nèi)預(yù)防性大修，大修前泵的振動(dòng)值、溫度值均在正常范圍內(nèi)，泵運(yùn)行一切正常。2019年8—10月，該泵連續(xù)發(fā)生了3次卡阻故障。

（1）2019年8月4日，該泵大修完成后，啟泵運(yùn)行70 h，期間無(wú)異常。8月8日停泵，8月12日輸油站人員盤車，發(fā)生卡阻現(xiàn)象。

（2）2019年9月，口環(huán)打磨完成后回裝主輸泵。9月12日，泵機(jī)組對(duì)中過程中，再次發(fā)生卡阻現(xiàn)象。

（3）2019年10月11日，回裝完成后啟泵運(yùn)行390 h，無(wú)異常，因工況需要停泵后再次啟動(dòng)，發(fā)生了卡阻現(xiàn)象。

1 故障檢測(cè)

1.1 數(shù)據(jù)檢測(cè)

專業(yè)人員拆卸南丹2#泵送至維修廠，對(duì)泵軸、轉(zhuǎn)子部件、上泵蓋中開面及流道腔體、下泵殼中開面及流道腔體和兩側(cè)軸承箱內(nèi)圓等關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)量、記錄。

1.1.1 殼體口環(huán)損傷情況

葉輪口環(huán)、殼體口環(huán)在90°～180°（順時(shí)針）方向上均有不同程度劃傷，且口環(huán)表面留有雜質(zhì)，如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量殼體口環(huán)內(nèi)徑為215.03 mm，葉輪口環(huán)外徑為214.52 mm，間隙為0.51 mm，無(wú)明顯變形。

1.1.2 舊轉(zhuǎn)子關(guān)鍵部位圓跳動(dòng)測(cè)量

對(duì)泵軸進(jìn)行圓跳動(dòng)測(cè)量、記錄，測(cè)量點(diǎn)如圖2所示，檢查發(fā)現(xiàn)舊泵軸和葉輪位圓跳動(dòng)均在公差范圍內(nèi)，均無(wú)明顯彎曲變形，具體測(cè)量位置和數(shù)據(jù)如下：

（1）舊泵軸圓跳動(dòng)測(cè)量（未拆解葉輪、鎖緊螺母），測(cè)量值見表1。

圖1 葉輪口環(huán)、殼體口環(huán)損傷及口環(huán)間隙雜質(zhì)

圖2 舊泵軸測(cè)量點(diǎn)

表1 舊泵軸圓軸度跳動(dòng)測(cè)量 mm

（2）舊泵軸葉輪位圓跳動(dòng)測(cè)量（全部拆解），測(cè)量值見表2。

1.1.3 中開面平面度測(cè)量

為便于基準(zhǔn)面找正，將上泵蓋和下泵殼置于數(shù)控臥式鏜銑床等設(shè)備上進(jìn)行中開面平面度測(cè)量。按圖3～圖5的檢測(cè)方法及測(cè)量位置對(duì)上泵蓋中開面及下泵殼中開面進(jìn)行測(cè)量、記錄，檢驗(yàn)結(jié)果見表3。檢查發(fā)現(xiàn)，南丹站2#主輸泵除葉輪腔與殼體口環(huán)腔凸臺(tái)測(cè)量點(diǎn)處明顯偏低近0.48 mm外，其他各點(diǎn)平面度均在±0.05 mm，排除因中開面變形導(dǎo)致泵殼不同心的因素。

表2 舊泵軸葉輪位圓跳動(dòng)測(cè)量 mm

圖3 中開面平面度測(cè)試方法

圖4 上泵蓋平面度取點(diǎn)測(cè)量

圖5 下泵殼平面度取點(diǎn)測(cè)量

1.1.4 上泵蓋和下泵殼關(guān)鍵部位同軸度測(cè)量

對(duì)上泵蓋流道腔體、下泵殼流道腔體和軸承箱軸承安裝孔等關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)量、記錄，檢查發(fā)現(xiàn)，南丹站2#主輸泵兩側(cè)軸承箱內(nèi)孔與殼體口環(huán)安裝腔同軸度存在偏差，如圖6所示。

（1）上泵蓋同軸度測(cè)量。以軸承箱為基準(zhǔn)，按照?qǐng)D7，對(duì)上泵蓋在90°、180°和270°等3個(gè)角度不同位置處的同軸度進(jìn)行測(cè)量。以非驅(qū)動(dòng)端向驅(qū)動(dòng)端逆時(shí)針為基準(zhǔn)（0時(shí)為0°），測(cè)量數(shù)據(jù)見表4。

（2）下泵殼。以軸承箱為基準(zhǔn)，按照?qǐng)D8，對(duì)下泵殼在90°、180°和270°等3個(gè)角度不同位置處的同軸度進(jìn)行測(cè)量。以非驅(qū)動(dòng)端向驅(qū)動(dòng)端逆時(shí)針為基準(zhǔn)（0時(shí)為0°），測(cè)量數(shù)據(jù)見表5。

1.2 數(shù)據(jù)分析

（1）殼體口環(huán)及葉輪口環(huán)的配合間隙為0.51 mm，符合魯爾泵操作手冊(cè)推薦的0.5～1 mm配合值，排除動(dòng)靜環(huán)間隙過小導(dǎo)致卡泵的問題。

（2）對(duì)泵軸進(jìn)行圓跳動(dòng)測(cè)量，泵軸圓跳動(dòng)最大值未超過0.01 mm。泵軸加裝葉輪的圓跳動(dòng)最大值未超過0.06 mm，符合石化離心泵維護(hù)檢修規(guī)程（SHS 0103—2004）的要求。

（3）對(duì)泵殼中開面平面度進(jìn)行測(cè)量，除葉輪腔與殼體口環(huán)腔凸臺(tái)測(cè)量點(diǎn)處明顯偏低近0.48 mm外，其他各點(diǎn)平面度均在±0.05 mm以內(nèi)，排除因中開面變形導(dǎo)致泵殼不同心的因素。

表3 平面度測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表4 上泵蓋同軸度測(cè)量數(shù)據(jù) mm

表5 下泵殼同心度測(cè)量數(shù)據(jù) mm

圖6 軸承箱內(nèi)圓及殼體口環(huán)腔半圓測(cè)量

圖7 上泵蓋測(cè)量方向

圖8 下泵殼測(cè)量方向

（4）兩側(cè)軸承箱軸承安裝孔與殼體流道上下半圓偏差較大，最大處達(dá)到0.24 mm，下泵殼單邊不同心0.15 mm。殼體口環(huán)與葉輪口環(huán)理論直徑間隙為0.51 mm，單邊為0.255 mm?？紤]到葉輪口環(huán)單邊0.04 mm的跳動(dòng)量和下泵殼0.15 mm的偏差，實(shí)際上殼體口環(huán)與葉輪口環(huán)的單邊間隙為0.255-0.04-0.15=0.065 mm，間隙很小，細(xì)粒雜質(zhì)稍微進(jìn)入口環(huán)之間，就會(huì)造成卡泵，即兩側(cè)軸承箱軸承安裝孔與殼體流道上下半圓偏差較大是造成泵殼不同心的主要因素。

2 故障產(chǎn)生機(jī)理

（1）輸油泵卡阻的主要原因是兩側(cè)軸承箱軸承安裝孔與殼體口環(huán)安裝腔同軸度存在較大的偏差。南丹站2#主輸泵自2005年8月正式生產(chǎn)投運(yùn)以來，至今已累計(jì)運(yùn)行約75 356 h，距上次大修累計(jì)運(yùn)行約34 560 h，在負(fù)載作用下兩側(cè)軸承箱定位銷孔變形導(dǎo)致卡泵。（2）卡泵的次要原因是殼體口環(huán)及葉輪口環(huán)材料選型不甚合理。口環(huán)材料為2Cr13，相對(duì)韌性較高，一旦兩口環(huán)相碰撞或有雜質(zhì)進(jìn)入，極易造成口環(huán)表面起球，出現(xiàn)高點(diǎn)，導(dǎo)致卡泵。

3 故障處理措施

3.1 恢復(fù)兩端軸承安裝孔與殼體口環(huán)安裝腔同軸度

3.1.1 同軸度檢測(cè)

（1）將泵體置于數(shù)控臥式鏜銑床平臺(tái)上進(jìn)行找平，使得中開面在0.05 mm以內(nèi)，兩端機(jī)封孔、殼體口環(huán)孔、左右下母線均在0.03 mm以內(nèi)。隨后拆除驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端軸承箱定位銷，擰緊兩側(cè)8個(gè)螺栓，并通過兩側(cè)軸承箱6個(gè)頂絲進(jìn)行位置調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端軸承安裝孔同軸度在±0.01 mm以內(nèi)。

（2）在數(shù)控臥式鏜銑床同一平臺(tái)上，以兩側(cè)軸承箱內(nèi)孔為基準(zhǔn)，使得驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端殼體口環(huán)安裝腔同軸度在±0.05 mm內(nèi)。

3.1.2 軸承箱定位錐銷孔加工

（1）緊固軸承箱螺栓后，在兩側(cè)軸承箱與下泵殼連接處分別取均勻3點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊處理，減小軸承箱定位銷孔在加工過程中的誤差，復(fù)測(cè)軸承安裝孔同軸度在±0.01 mm以內(nèi)。

（2）在數(shù)控臥式鏜銑床平臺(tái)上，通過內(nèi)錐孔頂尖將驅(qū)動(dòng)端軸承箱原Φ10定位錐銷孔中心進(jìn)行找正，然后使用Φ11.7鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，最終用Φ12鉸刀鉸制Φ12錐銷孔。

（3）旋轉(zhuǎn)數(shù)控臥式鏜銑床平臺(tái)180°，按工序（2）要求，重新將非驅(qū)動(dòng)端軸承箱原Φ10定位錐銷孔擴(kuò)孔鉸制為Φ12錐銷孔。其中，非驅(qū)動(dòng)端軸承箱散熱片在錐銷孔擴(kuò)孔鉸制中影響刀具加工，故在加工前用Φ13銑刀將散熱片干涉部分銑去5 mm深度。

3.2 葉輪口環(huán)激光熔覆

對(duì)葉輪口環(huán)進(jìn)行激光熔覆，熔覆STELII6合金，確保硬度≥60 HRC。STELII6合金具有較好的耐磨性，且碰撞后會(huì)以粉的形式脫落，不會(huì)起球，卡泵概率大大降低。

經(jīng)過檢修處理后，回裝南丹2#泵，泵盤車順暢，泵運(yùn)行正常，振動(dòng)在2 mm/s以內(nèi)，徑向軸承溫度在45 ℃以內(nèi)，止推軸承溫度在56 ℃以內(nèi)，兩端機(jī)封無(wú)泄漏。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)輸泵的性能對(duì)輸油生產(chǎn)至關(guān)重要，因此泵的檢修必須全面徹底，不能忽視任何細(xì)節(jié)。長(zhǎng)輸泵運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，易出現(xiàn)不可預(yù)見的故障，除嚴(yán)格按照離心泵維護(hù)檢修規(guī)程（SHS 0103—2004）外，應(yīng)從不同角度分析故障機(jī)理。本文從泵體不同心的角度為長(zhǎng)輸泵的故障分析提供新的解決思路。同時(shí)，建議企業(yè)要結(jié)合自身泵的運(yùn)行狀況及檢修經(jīng)驗(yàn)，增加泵檢修的項(xiàng)目，提高檢修質(zhì)量及可靠性。