趙興國(guó) 吳文炎 劉博強(qiáng) 楊林
摘? 要:多級(jí)離心泵運(yùn)行中,會(huì)產(chǎn)生較大的軸向力,需要依靠平衡裝置平衡,確保泵的正常運(yùn)行。平衡裝置的平衡效果取決于自身尺寸結(jié)構(gòu)和平衡裝置前后的壓力大小,但受加工制造等因素影響,始終還是會(huì)存在一部分殘余軸向力,由泵的推力軸承承擔(dān)。本文主要針對(duì)我廠一臺(tái)多級(jí)離心泵在運(yùn)行中存在的機(jī)封、軸承壽命較短的問(wèn)題,通過(guò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和生產(chǎn)實(shí)踐,找到了一條有效解決該問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn),可供類似設(shè)備的改進(jìn)作為參考。
關(guān)鍵詞:軸向力; 平衡鼓; 平衡管壓力; 長(zhǎng)周期
1、現(xiàn)存問(wèn)題:
某廠一臺(tái)大型多級(jí)離心泵在運(yùn)行過(guò)程中,由于介質(zhì)具有聚合現(xiàn)象,致使平衡鼓、平衡套間隙減小,平衡管壓力逐漸降低,后軸承溫度不斷升高,需要停車檢修。為此,我們?cè)谄胶夤苌习惭b的壓力調(diào)節(jié)裝置,通過(guò)調(diào)節(jié)平衡管壓力調(diào)整殘余軸向力,降低后軸承溫度。通過(guò)不斷摸索,當(dāng)平衡管壓力在2.7MPa左右時(shí),后軸承溫度可降到最低(即殘余軸向力最?。?。可這樣一來(lái),新的問(wèn)題又出現(xiàn)了,由于機(jī)封設(shè)計(jì)使用壓力為2.0MPa,如果平衡管壓力達(dá)到2.7MPa,機(jī)封壽命又大幅縮短,還是需要停車檢修。
2.原因分析:
由圖1可以看出,當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力﹥平衡力′時(shí),推力軸承1承受殘余軸向力;當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力﹤平衡力′時(shí),推力軸承2承受殘余軸向力。當(dāng)轉(zhuǎn)子軸向力=平衡力′時(shí),推力軸承1和2理論上不承受軸向力,此時(shí),后軸承只承受徑向力,溫度最低,前后軸承溫差()最大,所以,后推力軸承壽命主要受殘余軸向力的影響。如何有效調(diào)整殘余軸向力,同時(shí)又保證平衡管壓力不高于機(jī)封設(shè)計(jì)壓力就是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。
3.解決措施:
轉(zhuǎn)子軸向力由轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)尺寸決定,不可更改,平衡力′由平衡鼓尺寸及壓差決定。在實(shí)踐過(guò)程中,之前平衡管壓力為2.7時(shí),
差值最大,由此可以推斷此時(shí)轉(zhuǎn)子軸向力約等于平衡力,此時(shí)的平衡力為:
其中:—泵出口壓力;
—平衡管壓力;
—平衡鼓外圓半徑,平衡鼓外徑182,=0.091;
—平衡鼓內(nèi)圓半徑(主軸外徑),平衡鼓內(nèi)徑80,
=0.04。
如果我們想降低平衡管壓力,同時(shí)又要達(dá)到同樣的平衡力,只能縮小平衡鼓外徑。而該泵入口壓力為0.6MPa,機(jī)封設(shè)計(jì)壓力為2.0MPa,平衡管壓力最佳調(diào)整區(qū)間設(shè)定為0.6~2.0MPa,故取平衡管最佳平衡壓力為,設(shè)此時(shí)平衡鼓外徑為? ? ?,則有:
=0.082
=164。
為了確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,下面根據(jù)多級(jí)離心泵軸向力估算公式對(duì)該結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證:
其中:—軸向力,
;
—介質(zhì)密度,取
;
—泵單級(jí)揚(yáng)程,m,
;
—葉輪密封環(huán)半徑,m,183/2=91.5 =0.0915;
—葉輪輪轂半徑,m,80/2=40 =0.04;
—泵級(jí)數(shù),11級(jí);
—系數(shù),與泵比轉(zhuǎn)數(shù)
有關(guān):當(dāng)
=30~100,
=0.6
=100~220,
=0.7
=220~280,
=0.8
,故=0.6
—流量,66/0.6=110
=0.0306
;
—泵轉(zhuǎn)速,2980;
故:
=
和之前計(jì)算的平衡力基本相等,說(shuō)明平衡力的計(jì)算數(shù)據(jù)完全可以作為平衡鼓的改造依據(jù)。根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù),我們對(duì)平衡鼓進(jìn)行了改造,新平衡鼓加工外徑取值165。圖2和圖3的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)平衡鼓改造前后,軸承溫度的對(duì)比:
改造前平衡鼓外徑為182,平衡管壓力2.7:
改造后平衡鼓外徑為165,平衡管壓力1.36
:
平衡鼓改造后,最佳平衡力處的平衡管壓力在1.3~1.4,成功實(shí)現(xiàn)了最佳平衡力處的平衡管壓力下移,保證了機(jī)封和軸承的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行。從圖2和圖3的對(duì)比來(lái)看,通過(guò)改造平衡鼓,實(shí)現(xiàn)平衡管壓力下移,保證機(jī)封和軸承的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行的實(shí)踐是完全成功的。
4、結(jié)論:
該應(yīng)用案例證明,大型多級(jí)離心泵可以通過(guò)調(diào)整平衡鼓尺寸,改變平衡管壓力,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軸承和機(jī)封的同步長(zhǎng)周期運(yùn)行。如果有配套的平衡管壓力在線調(diào)整裝置,使殘余軸向力由正向負(fù)逐漸推移,推力軸承1和推力軸承2分階段承受較小的殘余軸向力,其使用壽命可以實(shí)現(xiàn)最大限度延長(zhǎng)。
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