龐建銘

(攀鋼釩煤化工廠,四川攀枝花617000)

機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊裝置在單級(jí)單吸離心泵中的應(yīng)用

龐建銘

(攀鋼釩煤化工廠,四川攀枝花617000)

本文通過(guò)對(duì)常用單級(jí)單吸離心泵葉輪防松方式的研究,發(fā)現(xiàn)微動(dòng)磨損是造成常用葉輪防松裝置松動(dòng)的主要原因,提出了一種避免微動(dòng)磨損的新的葉輪防松方案,并在煤化工廠的單級(jí)泵上進(jìn)行了試用,取得了較好的效果,該防松方式可以在相關(guān)泵上推廣使用。

單級(jí)單吸 機(jī)械防松 摩擦防松 微動(dòng)磨損

1 引言

泵是輸送液體的一種流體機(jī)械,是將原動(dòng)機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的速度能和壓力能,以達(dá)到輸送流體或造成流體循環(huán)流動(dòng)等目的的流體機(jī)械。煤化工廠是生產(chǎn)焦碳、煤氣和化工產(chǎn)品的企業(yè),化工單元的流體輸送是不可缺少的,泵在使用方面較為普遍。據(jù)統(tǒng)計(jì)煤化工廠現(xiàn)有各類離心泵426臺(tái),其中單級(jí)單吸離心泵398臺(tái)。離心泵在運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生軸承損壞、機(jī)械密封泄漏、葉輪松動(dòng)的故障發(fā)生,影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

現(xiàn)階段的點(diǎn)檢定修對(duì)軸承劣化的程度可以通過(guò)設(shè)備診斷技術(shù)加以控制,機(jī)械密封的泄漏可以通過(guò)表象明確判斷,所以以上兩種故障都不會(huì)對(duì)設(shè)備造成極大的損壞。而葉輪松動(dòng)后,在不穩(wěn)定的情況下受力不平衡,從而引起軸向往復(fù)移動(dòng),一是造成軸套松動(dòng)而使機(jī)械密封產(chǎn)生泄漏,二是軸向串動(dòng)造成葉輪與泵殼和泵蓋的摩擦接觸,使葉輪、泵殼逐漸磨損失去其功能,甚至急劇磨損階段葉輪在泵殼中卡阻,會(huì)使泵軸扭斷的惡性事故發(fā)生,且該故障在初期階段不易發(fā)現(xiàn)。

據(jù)點(diǎn)檢統(tǒng)計(jì),2005年12月至2007年12月煤化工廠在用離心泵因葉輪松動(dòng)造成的故障平均83次/年,其中葉輪、泵殼、泵軸損壞的惡性故障平均14次/年,造成備品、備件年損耗約25萬(wàn)元,同時(shí)對(duì)生產(chǎn)的順行造成了不利,急需要一種更好的葉輪防松措施來(lái)解決該問(wèn)題。

2 離心泵葉輪松動(dòng)的原因分析

2.1 常用葉輪防松措施

根據(jù)煤化工廠使用的泵檢修記錄知道,目前在用離心泵葉輪常用的鎖緊和防松裝置的主要有以下幾種形式。

2.1.1 單螺母鎖緊防松結(jié)構(gòu)(如圖1)

圖1 單螺母鎖緊防松結(jié)構(gòu)型式

在泵軸葉輪端設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu),通過(guò)一個(gè)螺母擰緊后防松。防松主要是通過(guò)螺母與葉輪面之間的摩擦力來(lái)完成。

2.1.2 對(duì)頂螺母防松結(jié)構(gòu)防松結(jié)構(gòu)(如圖2)

圖2 對(duì)頂螺母鎖緊防松結(jié)構(gòu)型式

在泵軸葉輪端設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu),通過(guò)兩個(gè)螺母擰緊后防松,與葉輪接觸的第一個(gè)螺母與葉輪面之間的摩擦力來(lái)完成一次摩擦,第二個(gè)螺母與第一個(gè)螺母之間通過(guò)預(yù)緊力產(chǎn)生的摩擦力來(lái)防松。

2.1.3 常用備帽鎖緊防松結(jié)構(gòu)(如圖3)

圖3 常用備帽鎖緊防松結(jié)構(gòu)型式

在泵軸葉輪端設(shè)置螺紋結(jié)構(gòu),通過(guò)一個(gè)備帽螺母擰緊后防松。防松主要是通過(guò)備帽螺母與葉輪面之間的摩擦力來(lái)完成,與單螺母防松類似。備帽只是增加了防止介質(zhì)對(duì)泵軸螺紋腐蝕隔離。

2.2 常用防松措施存在的不足

以上是煤化工廠離心泵常用的鎖緊和防松裝置的結(jié)構(gòu)型式,均是螺紋聯(lián)接的鎖緊和防松。在靜載荷作用下,能滿足自鎖條件。但是在受沖擊、震動(dòng)或變載荷以及溫度變化較大時(shí),聯(lián)接有可能自動(dòng)松脫,在實(shí)際應(yīng)用中我們常使用摩擦防松,加彈簧墊圈或碟型彈簧片以及機(jī)械防松的加止動(dòng)墊圈等形式,但往往不能滿足工作的需要。

2.3 自行松脫的原因分析

2.3.1 微動(dòng)磨損

在受沖擊、震動(dòng)或變載荷以及溫度變化較大時(shí),兩個(gè)接觸表面由于相對(duì)的振幅振蕩運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磨損叫微動(dòng)磨損。它產(chǎn)生于相對(duì)靜止的接合零件上,因而往往易被忽視。微動(dòng)磨損的最大特點(diǎn)是:在外界交變載荷作用下,產(chǎn)生振幅很小(小于100um,一般為2～20um)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),由于微動(dòng)磨損集中在局部范圍內(nèi),同時(shí)兩摩擦表面永遠(yuǎn)不脫離接觸,磨損產(chǎn)物不易往外排除,磨屑在摩擦表面起著磨料的作用。又因摩擦表面之間的壓力使表面凸起部分粘著,粘著處被外界小振幅引起的擺動(dòng)所剪切,剪切處表面又被氧化,故兼有粘著磨損和氧化磨損的作用。因此微動(dòng)磨損是一種兼有磨料磨損、粘著磨損和氧化磨損的復(fù)合磨損形式

微動(dòng)磨損使配合精度下降,緊配合部件緊度下降甚至松動(dòng),聯(lián)接件松動(dòng)乃至分離,嚴(yán)重者引起事故,此外,也易引起應(yīng)力集中,導(dǎo)致聯(lián)接件疲勞斷裂,從而導(dǎo)致離心泵葉輪經(jīng)常松動(dòng)而發(fā)生故障。

2.3.1.1 微動(dòng)磨損影響因素

實(shí)踐與試驗(yàn)表明,外界條件的載荷、振幅、溫度等對(duì)微動(dòng)磨損影響相當(dāng)大。

A、振幅:低碳鋼做試驗(yàn)得到的結(jié)果。從圖4中可以看出,在振幅較小時(shí),單位磨損率比較小;當(dāng)振幅超過(guò)50～150um時(shí),單位磨損率顯著上升。

圖4 低碳鋼滑移磨損試驗(yàn)圖

B、載荷:如圖5所示為微動(dòng)磨損量與載荷的關(guān)系。從圖中看出,在一定條件下,隨著載荷增大,微動(dòng)磨損量將增加,但是當(dāng)超過(guò)某臨界載荷之后,磨損量則減小。

圖5 微動(dòng)磨損與載荷關(guān)系圖

C、溫度:實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),中碳鋼在其它條件不變時(shí),在溫度為130℃的情況下微動(dòng)磨損發(fā)生轉(zhuǎn)折。超過(guò)此溫度,微動(dòng)磨損量大幅降低。對(duì)低碳鋼,在0℃以上,磨損量隨溫度上升而降低,在150～200℃時(shí)磨損量突然降低,繼續(xù)升高溫度,磨損量上升。溫度從135℃升高到400℃時(shí),磨損量增加15倍。

2.3.2 泵的軸向力和徑向力

渦室是在一定的設(shè)計(jì)流量(qν)為了配合一定的葉輪而設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)流量qν下,渦室可以基本上保證液體在葉輪周圍作均勻的等速運(yùn)動(dòng),此時(shí)葉輪周圍壓力大體上是均勻分布的,在葉輪上就不會(huì)產(chǎn)生徑向力,葉輪和渦室是協(xié)調(diào)一致工作的。當(dāng)流量大于或小于設(shè)計(jì)流量qν時(shí),葉輪周圍壓力就不均勻,此時(shí),產(chǎn)生了徑向力。徑向力會(huì)使軸產(chǎn)生較大的饒度,使密封環(huán)和軸套發(fā)生磨擦而損壞。同時(shí)徑向力是個(gè)交變載荷,會(huì)使軸因疲勞而破壞。

雙級(jí)葉輪由于葉輪對(duì)稱布置,軸向力相互平衡,所以不存在軸向力,但是單級(jí)葉輪不具備像雙級(jí)葉輪那樣的對(duì)稱性,由于作用在葉輪兩側(cè)的壓力不等,故有軸向力存在。并按拋物線形狀分布的。會(huì)使葉輪在軸向力推動(dòng)下發(fā)生串動(dòng),葉輪和泵體發(fā)生摩擦造成葉輪松動(dòng),使泵不能工作。

3 葉輪松動(dòng)的消除方法

3.1 徑向力和軸向力的消除方法

將渦室分成兩個(gè)對(duì)稱的部分,即構(gòu)成平常所說(shuō)的雙層渦室或雙渦室,雖然在每個(gè)渦室里壓力分布仍是不均勻,但是由兩個(gè)渦室相互對(duì)稱,作用在葉輪上的徑向力是互相平衡的。

在我廠精制車間80AYRⅢ—100P熱油泵是生產(chǎn)工業(yè)萘的重要設(shè)備,Q=50 m3/h、H=100 m、D2=280 mm、Dw=130 mm、Dh=95 mm,求軸向力。泵的入口壓力是0.15 MPa/mm2,求軸向力。

取K=0.6,得

泵的入口壓力是1.5 MPa/mm2,則由入口所引起軸向力

泵的總軸向力為:

F=F1-F2=3041-1062=1979 kg

正值說(shuō)明與F1相同,即軸向力為托架指向吸入口方向。

該泵的軸向力主要在葉輪后蓋板的密封環(huán)開平衡孔,這樣葉輪兩側(cè)的壓力基本是平衡的。即使有剩余較小的軸向力,也可以通過(guò)泵后軸承(向心推力球軸承)消除。

3.2 微動(dòng)磨損造成葉輪松動(dòng)的消除方法

在長(zhǎng)期的檢修實(shí)踐中,我廠常用的鎖緊和防松裝置的結(jié)構(gòu)雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、防松方便但在沖擊、高溫、震動(dòng)的工作條件下,其防松效果較差。擰緊力矩過(guò)大使螺紋破壞而且軸和套間墊圈的彈性變形得不到恢復(fù),已不能滿足生產(chǎn)和工況的要求,特設(shè)計(jì)葉輪鎖緊和防松裝置(如圖6)。

圖6 機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊結(jié)構(gòu)型式

機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊裝置工作原理:備帽螺母擰緊后,將單耳止動(dòng)墊圈分別向螺母和螺栓的側(cè)面折彎貼緊,即可將螺母鎖住。螺母無(wú)論在任何情況下要松動(dòng)必將帶動(dòng)螺栓同向轉(zhuǎn)動(dòng),但是螺栓同向轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是螺栓的擰緊方向,同理螺栓松動(dòng)也將帶動(dòng)螺母擰緊,所以螺栓不會(huì)松動(dòng)同時(shí)螺母也不會(huì)松動(dòng),螺母左旋與螺栓的右旋形成了互鎖,有效的控制了微動(dòng)磨損造成的葉輪松動(dòng)。

4 改造運(yùn)行情況及效果

2006年5月我們?cè)诿夯S精制車間焦油工序的IS80—65—160離心泵上試用了機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊裝置,到目前2008年6月應(yīng)用2年零1個(gè)月的時(shí)間里,泵運(yùn)行穩(wěn)定,沒(méi)有發(fā)生葉輪松動(dòng)的情況。

4.1 制作簡(jiǎn)單

該機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊裝置,只需在現(xiàn)有備帽螺母防松設(shè)備的基礎(chǔ)上,增加兩個(gè)小部件:一個(gè)單耳防松墊圈,一個(gè)右旋螺栓;同時(shí)在泵軸端部增設(shè)一個(gè)相應(yīng)的右旋螺紋孔與螺栓配合,在備帽頂端開一個(gè)與螺栓配合使用的通孔。

4.2 防松效果好

備帽螺母與螺栓的左右旋向相反,完成了第一次防松,單耳止動(dòng)墊圈又有機(jī)的將備帽螺母與螺栓形成同向動(dòng)作的結(jié)合體。螺母無(wú)論在任何情況下要松動(dòng)必將帶動(dòng)螺栓同向轉(zhuǎn)動(dòng),但是螺栓同向轉(zhuǎn)動(dòng)的方向是螺栓的擰緊方向,同理螺栓松動(dòng)也將帶動(dòng)螺母擰緊,所以螺栓不會(huì)松動(dòng)同時(shí)螺母也不會(huì)松動(dòng)。螺母左旋與螺栓的右旋形成了互鎖,有效的控制了微動(dòng)磨損造成的葉輪松動(dòng),在IS80-65-160泵兩年多的運(yùn)行中得到了較好的證明。

5 結(jié)論

機(jī)械、摩擦雙防松鎖緊裝置在使用中,發(fā)揮了較好的作用,有效的解決了葉輪防松的問(wèn)題,為泵的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了設(shè)備保障,在單吸泵上有良好的運(yùn)用前景,具有推廣的價(jià)值。

1.朱有庭,等.泵及其選用[M].化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

2.張翠鳳,等.機(jī)電設(shè)備維修技術(shù)(第一版)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

MACHINERY,FRICTION PAIRS OF ANTI-LOOSING LOCK DEVICE IN A SINGLE-STAGE SINGLE-SUCTION CENTRIFUGAL PU MP APPL ICATION

Pang Jianming
(Panzhihua Steel&Vanadium Co.,Ltd.,Coal Chemical Company,Panzhihua,Sichuan 617000,China)

In this paper,the commonly used single-stage single-suction centrifugal pump impeller loose mode of anti-research,found that fretting wear is often caused by loose impeller looseness proof main reason put forward a way to avoid fretting of the impeller of new anti-loosing programs,and In the single stage pump of coal chemical plant carried out a trial,and achieved good results,the anti-loosing ways to promote the use of the relevant pump.

single-stage single-suction,mechanical anti-loosing,friction locking,fretting wear

2010-03-01

龐建銘,男,工程師。