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离心泵维护‖找出液下泵振动问题的根源离心泵维护‖找出液下泵振动问题的根源摘 要：来自美国Hydro公司的 Dave Allard 调查了用于输送尿素硝酸铵溶液的故障泵中无法解释的振动背后的潜在因素。通过细致的检查，他不仅找出了根本原因，而且还通过对推力轴承进行一系列工程升级和彻底改造，提供了持久的补救措施。 一家新近建成的化肥厂在使用全新的尿素硝酸铵（UAN）溶液泵时遇到了严重的振动问题。这种振动迫使工厂将设备停用。 现场无法诊断出问题的根本原因，而这种关键设备的不可靠性和由此导致的不可用性给新工厂造成了巨大压力。该公司通过另一家化肥厂了解到，一家全球售后市场泵服务供应商能够诊断并成功修复他们的泵问题。该工厂联系了这家售后市场泵服务供应商，以帮助确定问题所在并提供解决方案。 泵被运到供应商的维修车间进行彻底的解体、清洁和检查（DCI）。工程团队审查了工厂提供的原始泵设计和历史振动信息。在这次审查和 DCI 结果之间，收集到了足够的证据来进行根本原因分析（RCA），以解释问题泵的异常行为。随后对泵进行了重新设计，以消除诊断出的问题，并为工厂提供可靠的运行。 图1：典型的VS4型泵外形图 背景介绍 UAN 溶液泵采用单级 VS4 型立式悬吊泵设计，安装在工艺冷凝液槽中。泵浸没在UAN溶液中，通过装有吸入过滤器的轴向吸入管口吸入。 泵有一个径向排放管口，位于叶轮（出口）中心线上。该排放口通过弯头延伸至一段垂直管道，这段垂直管从工艺冷凝液罐中排出。 在叶轮上方，一系列立柱管和轴将水力组件与位于泵上部的电机组件连接起来。轴由位于立柱星形架中的三个导向衬套支撑。 叶轮设计有背环（耐磨环）和平衡孔，可大大减少泵的总轴向向下推力。计算表明，水力产生的向下推力非常小，几乎所有的轴向推力都来自转子的静重量。 由于流体中含有颗粒，因此需要对衬套提供清洁的润滑冲洗。冲洗管路从排放管路中引出，并穿过旋风分离器。然后通过每个衬套位置的端口注入。 在现场观察到的高振动伴随着泵的异常噪音，通常表明零部件松动或损坏。现场告知，在之前的一次翻修中，曾发现泵有大面积的损坏。 图2：衬套内孔磨损严重 证据 泵解体时发现，电动机轴承和导向衬套位置存在严重问题。电动机滚珠轴承保持架已脱落并损坏。对机械密封检查时发现密封面已损坏。 DCI还显示，导向衬套孔的椭圆磨损偏向一侧，表明存在错位（不对中）问题。在叶轮和壳体耐磨环处观察到磨损。部件的尺寸分析显示，与要求的公差存在重大偏差，包括： 1）电动机支架配合面跳动过大 - 测量跳动为 0.018 英寸，最大应为 0.002 英寸。 2）电动机支架与底座之间的间隙过大 - 间隙为 0.015 英寸，最大应为 0.002 英寸。 3）电动机法兰面跳动为 0.003 英寸，超出要求的最大公差 0.002 英寸。 4）轴联轴器的公差不合格，导致跳动过大。 5）支撑导向衬套的立柱星形架配合过度，端面跳动、内孔同心度和其它公差均超出了推荐的最大值。 6）现场检查发现底板不平整。 售后泵服务提供商进行了一次 RCA，考虑了 DCI 结果、原始泵设计、振动频谱和运行工况，以揭示退化的可能原因。RCA发现的问题包括： 1）电动机联轴器的设计不正确。 2）导向衬套孔与轴联轴器而不是轴或轴套相抵。 3）可以优化冲洗管路，为导向衬套提供更清洁的流体。 4）过大的制造公差和间隙导致转子不对中及固定磨损部件孔不对中。 导致泵停运的高振动和异常噪音很可能是由于电动机推力轴承设计不当造成的。原始设备制造商最初选用的推力轴承是单列角接触轴承。这种轴承只能承受单向推力。 怀疑泵在启动时遇到了瞬间推力，导致轴承保持架脱落。即使在泵达到正常运行推力时，脱落的轴承也无法正常工作。由于轴承没有限制转子向上运动，上推力引起的转子运动导致机械密封轴向密封面接触并损坏。 导致高振动的另一个原因是导向衬套和壳体耐磨环孔的接触和磨损。这种磨损是由几个因素造成的，其中最大的原因是设计缺陷，将传动轴联轴器置于导向衬套孔的下方。承包商在初始安装过程中所生产的部件公差超出设计要求、不对中以及工作不到位，包括底板跳动和可能的管道应变问题，也是造成接触和磨损的原因。 将传动轴联轴器置于导向衬套下方是极不寻常的。大多数传动轴联轴器位于衬套位置的上方，原因有二：联轴器是更容易发生跳动的区域，而将联轴器定位在衬套上方则更便于拆卸传动轴。 解决方案 服务提供商利用其工程团队重新设计了泵，消除了导致高振动、加速磨损和可靠性差的设计缺陷。 除了翻新或更换损坏的零件以及提供新的机械密封外，还进行了五项重大更改： 1）用双列深沟球轴承取代了单列角接触电动机推力轴承 2）传动轴联轴器的位置移到了导向衬套区域的上方。制造并安装了轴套，使其与衬套孔相抵 3）所有衬套都被设计成带有螺旋槽，有助于将润滑冲洗液中仍然存在的颗粒冲洗出衬套孔 4）显著收紧零部件公差，以确保固定部件的中心线更加匹配，并降低发生错位的可能性。 选用双列深沟球轴承取代角接触轴承，这种轴承能够承受任一方向的轴向载荷，不会因轴向上推力而有脱落的风险。这种轴承设计还能限制转子在两个方向上的轴向移动，从而保护机械密封。为了适应新的轴承，对轴承箱进行了修改。 为了将传动轴联轴器从导向衬套位置移开，叶轮轴的长度从12"增加到14"。中间轴长度保持不变，头部轴减少2"，以保持转子总长度不变。此外，在导向衬套位置安装了轴套，以保护轴并保持与导向衬套的设计间隙。 对立柱星形架进行了加工，以提供更好的公差，从而减少因轴承孔相对于转子中心线不对中而造成的偏差。在加工立柱星形架时，对尺寸进行了标准化，以确保这些部件将来可以互换。 结果 重新设计需要对约 70% 的泵进行改造。由于一台泵已停用，现场只能使用一台泵。因此，这些改造需要在紧急情况下完成。幸运的是，售后泵服务供应商拥有足够的资源，可以在规定的 2-3 周内完成维修，从而使这台关键设备得以恢复运行。 自 2017 年底安装和启动以来，新设计/改造的泵已实现成功运行。 |
