離心泵故障診斷與檢維修工藝

摘要：離心泵指的是由軸承、軸、泵體以及葉輪組成的，用以輸送液體的泵。通過選擇不同材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式的離心泵，能夠滿足企業(yè)的生產(chǎn)需要。但在其運(yùn)作過程中，由于缺乏科學(xué)、系統(tǒng)地維護(hù)工作，或是相關(guān)工作人員操作不合理等原因，極易發(fā)生故障。因此，加強(qiáng)對(duì)離心泵故障的診斷和檢維修具有重要意義。本文主要針對(duì)離心泵的故障診斷與檢維修工藝進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：離心泵;故障診斷;檢維修工藝

1離心泵概述

離心泵是一種常見的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，其內(nèi)部的流體隨著葉輪的旋轉(zhuǎn)不斷發(fā)生著能量轉(zhuǎn)換，即流體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。它被廣泛應(yīng)用在船舶、航空、水利、發(fā)電、冶金等各個(gè)領(lǐng)域，是這些領(lǐng)域不可缺少的組成部分。隨著離心泵在工業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，對(duì)離心泵運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和故障特征的分析顯得越來越重要。

離心泵主要由葉輪、泵殼（或泵體）、泵蓋、軸、進(jìn)水管、出水管以及機(jī)身等零部件構(gòu)成。

葉輪是離心泵中最重要的部件，是泵內(nèi)唯一直接做功于流體的部件。葉輪一般有三種形態(tài)，包括閉式、開式和半開式，不同形態(tài)的葉輪對(duì)離心泵的性能有著非常重要的影響。

泵殼（或泵體）是離心泵的主體，是一種流體能量轉(zhuǎn)換部件，主要起到支撐、固定、導(dǎo)流以及穩(wěn)流的作用。大多數(shù)泵殼的殼體是蝸殼式的，它可以存儲(chǔ)從葉輪中甩出的流體，然后將其引至泵的出口，并使得流體的速度下降，勢(shì)能提升。

2離心泵常見故障診斷

2.1離心泵常見故障分析

（1）離心泵轉(zhuǎn)子類故障

離心泵轉(zhuǎn)子類故障主要包括轉(zhuǎn)子不平衡和轉(zhuǎn)子不對(duì)中。當(dāng)轉(zhuǎn)子不平衡故障出現(xiàn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心與幾何中心線未重合，按發(fā)生不平衡的過程進(jìn)行區(qū)分，有原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡這三種情況。原始不平衡的表現(xiàn)為元件出廠時(shí)平衡為達(dá)到要求，在使用初期就產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪音;漸發(fā)性不平衡的表現(xiàn)為在轉(zhuǎn)子上不均勻的結(jié)垢現(xiàn)象，液體中顆粒長(zhǎng)時(shí)間對(duì)離心泵葉輪磨損腐蝕，出現(xiàn)質(zhì)量不平衡，離心泵的振動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間的增加而加劇;突發(fā)性不平衡的表現(xiàn)為轉(zhuǎn)子上的零部件或者葉輪流道被異物粘附與卡塞，導(dǎo)致離心泵的振動(dòng)瞬間增強(qiáng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障出現(xiàn)時(shí)，相鄰兩轉(zhuǎn)子的軸心線發(fā)生傾斜偏移。具有不對(duì)中故障的離心泵轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中極易產(chǎn)生一系列危害離心泵的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，例如軸承損壞、聯(lián)軸器偏轉(zhuǎn)、軸彎曲等，最終導(dǎo)致離心泵振動(dòng)異常，噪聲加劇。

（2）離心泵葉輪故障

1）故障描述及表現(xiàn)形式

離心泵在運(yùn)行過程中，由于液體介質(zhì)中顆粒、雜質(zhì)的磨損，機(jī)械損傷，水利沖擊，腐蝕，葉片自身缺陷等問題，使得葉輪失去平衡而產(chǎn)生振動(dòng)并且運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)噪音，常見的故障類型有葉片磨損、葉片斷裂和汽蝕。

2）故障原因分析

離心泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，液體介質(zhì)經(jīng)過葉輪時(shí)產(chǎn)生水利沖擊，隨即形成葉片數(shù)倍頻的周期性壓力脈動(dòng)，該脈動(dòng)傳遞給離心泵泵體并引起振動(dòng)，其頻率是葉片的通過頻率。葉片由于磨損或斷裂，通過頻率或者壓力脈沖表明葉輪外徑和導(dǎo)葉頭間的距離太小，故障后與蝸殼角度不滿足形成穩(wěn)定的流動(dòng)。葉片的通過頻率為葉片數(shù)與工頻的乘積。

汽蝕產(chǎn)生的原因在于液體在葉輪入口處的流速突然上升，此時(shí)形成的壓力低于工作溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力，導(dǎo)致一部分液體汽化，從而形成汽蝕。汽化后的汽泡碰上壓力較高的區(qū)域時(shí)，受壓突然凝結(jié)，于是四周的液體紛紛向此處填入，造成水力沖擊。由于連續(xù)遭受局部沖擊，材料表面逐漸疲勞形成損壞，從而導(dǎo)致金屬表面剝蝕現(xiàn)象的發(fā)生，即出現(xiàn)不同大小蜂窩狀的蝕洞，沖擊不僅會(huì)引起金屬部件的損壞，還會(huì)產(chǎn)生化學(xué)腐蝕的現(xiàn)象，同時(shí)使得設(shè)備被氧化。汽蝕過程的不穩(wěn)定特征，在導(dǎo)致水泵產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的同時(shí)，還會(huì)使得汽泡堵塞葉輪槽道，致使揚(yáng)程與流量同時(shí)下降，進(jìn)而降低了效率。

（3）離心泵滾動(dòng)軸承故障

滾動(dòng)軸承的故障種類有很多，在實(shí)際中最常出現(xiàn)的是以下三種：疲勞剝落（點(diǎn)蝕）、磨損和膠合。

疲勞剝落（點(diǎn)蝕）指的是滾動(dòng)軸承在工作狀態(tài)時(shí)，滾動(dòng)體和滾道間在交變載荷的共同作用下，兩者表面會(huì)形成很強(qiáng)的循環(huán)接觸應(yīng)力，此時(shí)在表面容易形成疲勞源，疲勞源的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致微裂紋的形成，而微裂紋存在軸承材質(zhì)硬度高、脆性大的缺點(diǎn)，導(dǎo)致難以進(jìn)行縱深發(fā)展，因此滾動(dòng)軸承會(huì)出現(xiàn)小顆粒狀剝落和表面附著細(xì)小麻點(diǎn)的現(xiàn)象。當(dāng)故障更嚴(yán)重時(shí)，滾動(dòng)軸承的金屬表面由于成片狀剝落導(dǎo)致凹坑狀，此時(shí)若軸承繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將會(huì)形成更大面積更大范圍的剝落。疲勞點(diǎn)蝕會(huì)引起運(yùn)轉(zhuǎn)中的沖擊載荷，從而加劇離心泵設(shè)備的振動(dòng)和噪聲。

磨損指的是滾動(dòng)軸承內(nèi)部互相接觸的表面由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的摩擦，摩擦?xí)l(fā)金屬的形狀、尺寸及性能發(fā)生改變。若磨損程度增加，會(huì)導(dǎo)致軸承游隙的擴(kuò)大與表面粗糙度的上升，這不僅會(huì)使軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度降低，也會(huì)使離心泵的振動(dòng)和噪聲隨之增大。

膠合是指金屬從一個(gè)表面粘附到另一表面上的現(xiàn)象，產(chǎn)生的主要原因是由于潤(rùn)滑不足和重載、高速、高溫等。輕度膠合和重度膠合分別被稱劃痕和燒軸承。嚴(yán)重情況下的膠合狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲急劇增大，以至于多數(shù)情況下設(shè)備難以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

滾動(dòng)軸承還存在著斷裂、銹蝕、塑形變形和保持架損壞等故障類型，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，軸承會(huì)出現(xiàn)不同程度的溫度升高、振動(dòng)劇烈和噪聲，應(yīng)及時(shí)處理故障。

（4）離心泵機(jī)械密封故障

機(jī)械密封也叫做端面密封，它主要用于防止流體泄漏，是針對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸封裝置之一。機(jī)械密封的組成部分是動(dòng)環(huán)、靜環(huán)、壓緊元件和密封元件等元件。端面密封的故障形式表現(xiàn)為磨損、熱裂、變形和破損;彈簧等壓緊元件的故障形式表現(xiàn)為松弛、斷裂和腐蝕。機(jī)械密封故障在離心泵運(yùn)行中表現(xiàn)為振動(dòng)、發(fā)熱、磨損，最終呈現(xiàn)出液體介質(zhì)的泄漏。

2.2離心泵典型故障診斷方法

離心泵轉(zhuǎn)子類故障和滾動(dòng)軸承故障出現(xiàn)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)與噪聲，通過對(duì)離心泵振動(dòng)信號(hào)提取，采用模式識(shí)別的手段可以快速準(zhǔn)確的識(shí)別出離心泵轉(zhuǎn)子類和滾動(dòng)軸承故障;離心泵葉輪故障多為葉片的斷裂磨損，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，最直接的反映是離心泵出口壓力和揚(yáng)程等相關(guān)參數(shù)的變化，通過流體力學(xué)仿真分析，模擬葉輪故障，將仿真結(jié)果和實(shí)際數(shù)據(jù)聯(lián)系起來進(jìn)行葉輪的故障判斷。

3 離心泵故障檢維修工藝

3.1 離心泵故障的維修診斷模式

隨著對(duì)離心泵故障診斷的研究越來越深入，科研人員逐漸總結(jié)出了三種故障的維修診斷模式，分別是事后診斷模式、定期維修診斷模式以及預(yù)知性診斷維修模式。

（1）事后診斷：一般在機(jī)器發(fā)生故障導(dǎo)致不能正常工作后采取的診斷維修模式。它對(duì)維修工作人員的技術(shù)要求較低，修理費(fèi)用也較低，但因?yàn)橥C(jī)所帶來的損失較大。

（2）定期維修診斷：定期維修診斷是一種基于機(jī)器的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行情況的預(yù)防性維修手段。它可以減少或防止故障的發(fā)生，有利于進(jìn)行較長(zhǎng)周期的維修計(jì)劃。但會(huì)有機(jī)器設(shè)備利用率低，人力物力消耗大，維修成本高等缺點(diǎn)。

（3）預(yù)知性診斷維修：這是最好的診斷和維護(hù)方法，有助于我們盡早掌握運(yùn)行機(jī)器的實(shí)際情況，有針對(duì)性、有目的地進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。這種診斷維修方法具有效率高、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)，可以節(jié)省大量的維修費(fèi)用。

3.2積極性維護(hù)管理技術(shù)

積極性維護(hù)管理技術(shù)主要指的是針對(duì)離心泵出現(xiàn)的故障和事故，通過查明問題發(fā)生原因，以此為基礎(chǔ)制定針對(duì)性維護(hù)工作計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的立即處理。在對(duì)離心泵進(jìn)行維護(hù)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)某一參數(shù)、零部件或是運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生異常，工作人員應(yīng)針對(duì)具體問題分析其原因，并在短時(shí)間內(nèi)處理故障。通過開展積極性維護(hù)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)上的整改措施，從根本上解決離心泵的故障和問題。因此，積極性維護(hù)管理技術(shù)的使用，能夠有效延長(zhǎng)離心泵使用壽命，避免設(shè)備的頻繁維護(hù)和更換，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。除此之外，通過該維護(hù)技術(shù)能夠保證離心泵運(yùn)作的穩(wěn)定性，但是需要注意的是，在開展積極性維護(hù)管理技術(shù)時(shí)，企業(yè)應(yīng)安排專業(yè)水平較高的維護(hù)技術(shù)人員進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)離心泵故障的順利排出。

3.3預(yù)防性維護(hù)技術(shù)

預(yù)防性維護(hù)技術(shù)指的是在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，在機(jī)械設(shè)備尚沒有發(fā)生故障的情況下開展的維修維護(hù)作業(yè)，通過對(duì)機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)性檢查及測(cè)試，避免發(fā)生功能障礙，為機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)提供保障。在對(duì)離心泵開展預(yù)防性維護(hù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)安排好維護(hù)時(shí)間，根據(jù)離心泵使用時(shí)長(zhǎng)、之前具有的故障記錄等內(nèi)容，對(duì)離心泵進(jìn)行全面檢查與測(cè)試，落實(shí)針對(duì)性維護(hù)計(jì)劃，進(jìn)而及時(shí)掌握離心泵存在的安全隱患并處理。通過對(duì)離心泵開展預(yù)防性維護(hù)技術(shù)，能夠減少離心泵運(yùn)作過程中存在的安全隱患，避免重大故障的發(fā)生。而且，通過整合利用離心泵維護(hù)資源，能夠有效減少維護(hù)成本費(fèi)用，避免企業(yè)出現(xiàn)不必要的資源和經(jīng)濟(jì)損失。

4結(jié)束語

綜上所述，離心泵的檢修和維護(hù)技術(shù)與離心泵運(yùn)作質(zhì)量和效率以及生產(chǎn)效益具有十分密切的聯(lián)系。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)立足于離心泵的常見故障，在日常工作中加強(qiáng)對(duì)離心泵的故障診斷，并完善離心泵故障的維修診斷模式，采用預(yù)防性維護(hù)技術(shù)和積極性維護(hù)管理技術(shù)來針對(duì)離心泵的故障進(jìn)行檢修，進(jìn)而為離心泵運(yùn)行狀態(tài)提供保障，促進(jìn)企業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：李濤，1986年9月，男，甘肅慶陽人，漢族，本科，助理工程師，研究方向：離心泵故障診斷與檢維修工藝。