屏蔽电泵滑动轴承端面轴向磨损故障原因分析及解决

1、内容提要：屏蔽泵因其结构简单、紧凑，全封闭、运转平稳等优点得到了越来越广泛的应用。而且在绝大多数情况下屏蔽泵故障现象表现为轴承内圈径向磨损，轴套、推力盘腐蚀、磨损、烧结，这时只需根据磨损情况更换轴承、轴套、推力盘即可，操作简单，方便。时间一长使得我们对其轻视之心渐起，认为屏蔽泵的维修毫无技术含量。但事实情况并非如此，屏蔽泵的运转状况分析、故障原因分析及排除方法的内容也是很丰富的，需要花费很多时间学习、摸索。本文以解决P31371泵（立式屏蔽泵）滑动轴承端面轴向磨损故障为例，简述屏蔽泵运转状况的判断方法、故障原因分析、检修要点和检查项目。关键词：屏蔽泵、轴向磨损、轴向力、轴向游隙、轴向间隙。目

2、录一、故障现象屏蔽泵运转状态的判断二、原因分析屏蔽泵故障原因分析及排除方法三、故障解决屏蔽电泵滑动轴承端面轴向磨损故障的原因分析及解决在化工生产过程中，泵担负着将液体物料在管道内从一个生产岗位输送到另一个生产岗位，从一台设备输送到另一台设备，以保证化工生产连续进行的重要作用。他的正常运转是保障化工生产连续、稳定进行的关键。泵的类型按其工作原理可分为叶片泵、容积泵、流体动力作用泵、电磁泵等。屏蔽泵出现于二十世纪三十年代，属于叶片泵的一种。其优点主要表现为以下三点：叶轮与电动机的转子联成一体装在同一个密封壳内，不需要轴封装置，从根本上解决了被输送液体外漏的问题。故此屏蔽泵又被称为无泄漏泵。这种优点

3、对于输送易燃易爆、有毒有害液体物料的场所具有重要的意义。北京东方化工厂丙烯酸装置中所输送的物料绝大部分属于此类。结构简单、紧凑，操作维修方便，且没有联轴器，安装时不需要找正。轴承不需要另外的润滑油和润滑脂运转可靠，具有很高的平均无故障运转时间。随着时间的推移，屏蔽泵制造成本高，加工困难的缺点因产业的规模化和制造加工技术的提高得到了解决。纵观丙烯酸分厂1AA装置和3AA装置中屏蔽泵所占比例，从一个侧面反映出屏蔽泵由于其本身所具备的突出优点，在化工生产中得到了越来越广泛的应用。（1AA装置1982年建设完成，有各种类型的泵88台，其中屏蔽泵仅有6台占6.8%。3AA装置建成于1998年，有各种类型

4、的泵103台，其中屏蔽泵达到了49台占47.5%。）由于屏蔽泵数量上的增加，针对这种泵的维修及日常维护保养工作愈发显得重要。本文以解决P31371泵（基本型外循环卧式屏蔽泵）滑动轴承端面轴向磨损故障为例，对屏蔽泵故障原因分析、检修要点和检查项目进行了一些浅显的叙述，以期达到抛砖引玉之功效。一、故障现象丙烯酸分厂3AA装置P31371泵是T31071塔釜输送泵，日本帝国株式会社生产。型号为FW91-216J4DM-0204SL1-BJ，扬程35m、流量2m3/h、功率2.2kW，安装方式为立式，循环方式为外循环。2003年6月该泵因转子套磨损，厂内无维修手段，送出外修。检修回来复位运转约30分钟

5、后泵自停，拆检发现泵前轴承端面与推力盘接触部位磨损严重（轴承端面与轴承函端面平齐）、前推力盘端面磨损、叶轮前盖板磨损严重。更换石墨轴承、轴套、推力盘复位，严格按照操作程序启动运转，这时仔细观察泵的声音、振动、温度、电流、出口压力、流量、TRG指示等各种运转状态，均未发现异常。当泵运转了15分钟左右时发现电流表指针逐渐增加（正常运转时电流值为5A），出口压力、流量、TRG指示无变化，声音、振动、泵体温度变化不明显。约20分钟左右电流表指针接近上限，停泵。将泵解体，前轴承轴向端面与推力盘接触部位磨损。二、原因分析很明显，导致P31371泵自停的原因是因为前轴承端面磨损，导致转子轴下沉，随着磨损的加

6、剧叶轮与泵涡壳接触，发生剧烈摩擦，泵运转功率增大，当电流增大到过流保护电流值时，泵自停。是什么原因导致轴承端面在很短的时间内迅速磨损的呢？我们知道，正常运转状态下由于轴向力平衡装置的作用屏蔽泵滑动轴承与推力盘不接触，轴承轴向端面无磨损。轴承磨损主要主要表现在其内圈与轴套的摩擦面。而在这次运转中，P31371泵从开始运转到过电流自停止用了约30分钟左右，前轴承轴承端面磨损量为5mm，这说明转子的轴向平衡装置失效，使得转子指向叶轮方向的轴向力远远大于指向电机方向的轴向力。为了找出平衡装置失效的原因，我们需要分析一下转子所承受的轴向力及其平衡方法。图二轴向力示意图转子所承受的轴向力如图二所示：作用在

7、叶轮上的介质力，用对叶轮盖板上的压力(图二 中的FDS和FSS) 积分求得;冲力F1 =Qcom (径流叶轮出口) ;。叶轮产生的轴向力定义为: FHY = FDS -FSS-F1造成轴向力的主要部件是叶轮，所以最好的解决办法就是在它产生的地方直接消除它。第一个可行办法是采用传统的平衡方法，在叶轮的后盖板上开平衡孔，或在盖板上增加背叶片。但这些办法只能对传统的离心泵起到良好的作用，因为传统的离心泵有滚动轴承，滚动轴承可以承担剩余轴向力。对于大多数泵用这种方式消除轴向力是远远不够的，所以一般采取在叶轮后盖板处采用双口环结构的方法来有效的平衡轴向力(本例中的P31371泵即为此结构)。图三 双口环

8、平衡示意图如图三 所示，位号1 处为双口环，双口环的内圈和外圈是通向压力平衡室的节流装置， 位号2为叶轮后盖板与其后面的部件形成的轴向间隙。位号3 为平衡孔，它是通向压力平衡腔的控制阀，转子轴向位置的改变将改变阀开启程度， 换句话说，转子轴向位置的改变影响平衡孔被覆盖的面积，从而影响泄流泄压， 例如当转子向左端(吸入口方向) 偏移时，阀开启程度加大， 平衡孔过流量加大，平衡腔压力降低，作用在叶轮后盖板上的压力减小，而叶轮前盖板处的压力不变，这时形成一个向右的合力，使转子返回平衡位置;在相反条件下，转子向右(电机方向) 偏移， 阀开启程度减小，平衡腔的压力升高， 而叶轮前盖板上的压力仍然不变，叶

9、轮处产生一个向左(入口端) 的合力，削弱转子的偏移趋势。图四由图四所示：Sh 值即代表了阀的开启程度，同时也是直接影响着作用在叶轮上的合力的大小和方向。当然更多的时候泵并不是在最佳流量点工作，这时转子的平衡位置就会有所偏移，这种偏移一定要被重视， 因为当Sh 过大时， 阀的作用就会削弱，同时会使滑动轴承与推力盘接触，使推力盘承担剩余轴向力而磨损， 这在设计中是非预期工况，是不允许的;当Sh 过小时，叶轮的后盖板会与其它零部件接触造成振动和噪声， 严重时可造成整个泵装置的失效。众所周知，位置的测量更简单精确直观，所以我们通过监测轴向位置来确定轴向力平衡情况。所以一般泵厂家会在使用维护说明书上给出

10、各种不同型号屏蔽泵的轴向间隙和轴向游隙的规定值，用以保证转子在允许的Sh值范围内运转。通过上述分析可以初步判断为Sh 过大从而使滑动轴承与推力盘接触，使推力盘承担剩余轴向力造成磨损。三、故障解决在对泵进行组装之前，必须对新的备件（滑动轴承、轴套、推力盘）进行检查。首先检查表面有无缺陷：轴套和推力盘工作面有无毛刺、损伤，表面粗糙度是否符合要求，带硬质合金涂层的还应检查其表面有无气泡、裂纹等缺陷。其次检查几何尺寸是否在规定范围内：用游标卡尺测量滑动轴承长度和内径以及轴套的外径，对于不符合下表要求的不能使用。轴承极限表电动机机座号A-BL1100.344.22100.449.23100.459.24

11、10、3200.469.2510、4200.578.2610、5200.51137100.51197200.6128.5注：A轴承内径；b轴承外径；L轴承长度轴承安装示意图把泵再次组装完毕，用游标卡尺测量该泵“轴向间隙”（G值）和“轴向游隙”（本例中的屏蔽泵为带自动平衡型，电机型号210，故参照下图b所示）。“G值”测量示意图 注：“G值”的测量方法：无自动平衡型的测量：将叶轮向外拉出，用游标卡尺测量叶轮与前轴承端盖之间的空隙，所得的尺寸就是“G值”。有自动平衡型的测量：将叶轮向内推实，用游标卡尺测量叶轮与前轴承端盖之间的空隙减去凸台高度，所得的尺寸就是“G值”。实际测得G值等于1.5mm；游

12、隙等于4.4mm。通过轴向游隙规定值轴向间隙规定值可查知该泵 “轴向间隙”应为0.5mm，轴向游隙应为1.5mm-2.1mm，不在规定范围内，这就造成Sh 过大，削弱了平衡装置对轴向力的调节能力，直接导致了轴承端面在很短的时间内迅速磨损。重新调整前后轴承调整垫圈和叶轮调整垫圈（叶轮调整垫圈减小1mm，前轴承调整垫圈增加2.6mm）“轴向间隙”与“轴向游隙”调整在规定范围内，复位运转，故障消除。轴向间隙规定值电动机机座号叶轮规格G值（无自动平衡）0.1G值（有自动平衡）0.1110R40.5210RS4T4.2310RS4T4.2U4.7410320RS4.2T4.5U5V6510420S4.4

13、T4.6U5V6610520S4.4T4.6U5V6710620T4.8U5.4V、W6.4轴向游隙规定值电动机机座号轴向游隙（无自动平衡）轴向游隙（有自动平衡）1100.7-1.91.5-1.92100.7-2.11.5-2.13100.7-2.11.5-2.1410、3200.9-2.51.9-2.5510、4201.1-2.91.8-2.9610、5201.2-3.02.1-3.0710、6201.4-3.42.5-3.4这次对P31371故障的处理，说明了因为种种因素的存在，长期以来对屏蔽泵的维护维修处于一种初级状态，即按照：泵解体更换零部件按原样组装复位运转，这么一个过程进行，从没有

14、出现过这样一种情况。此次因该泵外修回来，由于不可知的原因导致“轴向间隙”与“轴向游隙”不在规定范围内。在拆检过程中沿着旧有的思路进行检修，故不能及时找出故障原因。四、屏蔽泵检修中的注意事项（一）前盖板中常常留有残留物料拆卸时一定要注意。（二）在将泵从蜗壳中拆出和复位的时候注意不要碰撞叶轮，以免轴头弯曲。（三）在拆卸叶轮、轴套、推力环的时侯，如果遇到过紧的情况，不能生拉硬撬，可以用局部均匀加热等方法拆卸。以免损伤转子轴。（四）滑动轴承流道形式：对于新的滑动轴承一定要检查其流道形式。常见的有两种形式。第一种是具有2-4根螺旋槽（常见于日机装的产品），第二种是具有4根螺旋槽和4根V型直槽（常见于帝国株式会社的产品）。这两种轴承不能混用，否则容易造成泵