王強(qiáng)

【摘 ?要】海水泵運(yùn)行過程中出現(xiàn)運(yùn)行故障，進(jìn)行拆檢后發(fā)現(xiàn)海水泵入口濾網(wǎng)處被垃圾淤堵，海水泵泵筒導(dǎo)軸承支架斷裂，導(dǎo)軸承和泵軸軸套磨損等狀況，針對(duì)故障原因進(jìn)行分析并提出處理方案。

【關(guān)鍵詞】海水泵;泵筒支架;導(dǎo)軸承

一、概述

中海浙江寧波液化天然氣有限公司LNG接收站一期項(xiàng)目裝置有5臺(tái)進(jìn)口自日本荏原公司（EBARA Corporation Ltd.）的海水泵，海水泵泵型為立式軸流泵，輸送介質(zhì)為高泥沙含量的海水，海水泵過流部件主要采用超級(jí)雙相鋼（UNS S32750）材質(zhì)。

主要技術(shù)參數(shù)見表1-1，泵結(jié)構(gòu)見圖1-1。

二、海水泵檢修情況

中海浙江寧波液化天然氣有限公司LNG接收站于2012年投產(chǎn)，截止2015年，海水泵A泵和B泵進(jìn)行過程中出現(xiàn)聲音異常，運(yùn)行過程中泵筒傳出不規(guī)則間斷性金屬碰撞的聲音，對(duì)海水泵進(jìn)行拆解檢查。拆解后發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)海水泵均存在以下主要部件損壞的問題：

1.外管導(dǎo)軸承支撐架處發(fā)生斷裂，斷裂位置大體相同，斷裂的外管為自上而下第二根和第三根;

2.葉輪的葉片及流道內(nèi)出現(xiàn)多處不同大小的腐蝕凹坑;

3.部分導(dǎo)軸承內(nèi)部GREEN TEEED復(fù)合碳纖耐磨材料磨損嚴(yán)重;

4.部分軸套磨損嚴(yán)重;

5.濾網(wǎng)表面被垃圾淤堵，損壞嚴(yán)重。

因本文主要針對(duì)海水泵外管導(dǎo)軸承支架斷裂的故障進(jìn)行分析和處理，故其它部件的詳細(xì)損壞情況和修復(fù)情況描述略。每臺(tái)海水泵有3節(jié)泵筒（column），每節(jié)泵筒一端法蘭面處通過4根支架連接導(dǎo)軸承座，導(dǎo)軸承座內(nèi)安裝導(dǎo)軸承。海水泵外管導(dǎo)軸承支架處圖紙和斷裂的照片見圖1-2 支架斷裂示意圖。

海水泵A泵導(dǎo)軸承支架出現(xiàn)斷裂后，直接采用焊接方式進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)進(jìn)行海水泵B泵檢修，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)軸承支架也存在斷裂的情況后，判斷此種故障的出現(xiàn)并非偶然現(xiàn)象，如繼續(xù)采用簡單的焊接修復(fù)，沒有對(duì)發(fā)生故障的原因進(jìn)行分析并采取有效措施，以后出現(xiàn)支架再次斷裂的可能性非常高。詳細(xì)分析故障原因并采取措施尤為重要。

三、問題的提出及原因分析

海水泵由日本荏原公司進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括海水水質(zhì)分析報(bào)告等已提供給廠方，并要求廠方重點(diǎn)考慮海水腐蝕以及海水中含有的泥沙對(duì)泵部件磨損的影響。廠家對(duì)此采取使用耐海水腐蝕的超級(jí)雙相鋼材料作為海水過流部件的主要材料，并針對(duì)海水中的泥沙含量高的特點(diǎn)，采用了耐磨性比較強(qiáng)的GREEN TEEED復(fù)合碳纖耐磨材料作為導(dǎo)軸承與泵軸接觸部件。但雙方均忽略了在項(xiàng)目建設(shè)階段尚無法預(yù)測的海水中所含的大量垃圾。在實(shí)際檢修過程中，我們發(fā)現(xiàn)在海水泵入口濾網(wǎng)外側(cè)裹覆著大量的塑料布、漁網(wǎng)、飲料瓶瓶蓋等垃圾，這些垃圾附著在濾網(wǎng)上，導(dǎo)致吸入海水泵的海水流量不穩(wěn)定，并直接導(dǎo)致海水泵工況不穩(wěn)定引起泵體振動(dòng)，長期運(yùn)行在這種工況下導(dǎo)致在強(qiáng)度相對(duì)薄弱的導(dǎo)軸承支架處引起疲勞最終不可避免的導(dǎo)致斷裂。斷裂的部位出現(xiàn)在海水泵上部第一和第2節(jié)泵筒上靠近法蘭一側(cè)的支架上，斷裂處全部為支架與泵筒焊接處支架一側(cè)的焊縫熱影響區(qū)，也是應(yīng)力集中的地方，在此處出現(xiàn)應(yīng)力斷裂也就順理成章了。

為了驗(yàn)證分析的可靠性，我們委托海水泵制造廠日本荏原公司對(duì)斷裂的支架通過顯微鏡進(jìn)行分析，斷口截面處出現(xiàn)明顯的3處海灘紋（Beach mark）、8處級(jí)行面（Stepped surface）和2處最終斷裂區(qū)域（Final fracture area），在顯微鏡下觀察到明顯的疲勞破壞形態(tài)，驗(yàn)證了故障原因分析結(jié)果。海水中的垃圾導(dǎo)致海水泵入口流量不穩(wěn)定引起泵體振動(dòng)，在疲勞應(yīng)力的作用下導(dǎo)致導(dǎo)軸承支架的焊縫熱影響區(qū)出現(xiàn)斷裂。

四、問題的解決方法

找到問題的原因后，初步提出了以下幾種修復(fù)方案：

1、維修方案一

繼續(xù)采用第一臺(tái)海水泵的修復(fù)方案。重新制造新的支架與泵筒進(jìn)行焊接，并采取消除應(yīng)力措施，焊接過程中通過加裝工裝防止泵筒變形。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)過程簡單快捷，有利于盡快恢復(fù)生產(chǎn)且修復(fù)成本最低，但存在支架再次斷裂的可能，為將來海水泵的穩(wěn)定運(yùn)行留有隱患。

2、維修方案二

將外管上的法蘭、導(dǎo)軸承座和導(dǎo)軸承支架全部車掉，然后重新制作加強(qiáng)的法蘭、導(dǎo)軸承座和加強(qiáng)加厚的導(dǎo)軸承支架，重新焊接好后再進(jìn)行機(jī)械加工及去應(yīng)力處理。采用此種方法存在的難點(diǎn)主要是新加工的法蘭與原泵筒焊接過程中，法蘭止口、法蘭端面和O型圈槽可能會(huì)受焊接影響而變形，泵筒法蘭的同心度難以保證。新加工的導(dǎo)軸承座與導(dǎo)軸承支架焊接，焊接后的應(yīng)力影響導(dǎo)致軸承座可能偏心。此方法針對(duì)容易斷裂的導(dǎo)軸承支架進(jìn)行加強(qiáng)處理，增加支架耐疲勞斷裂的能力，但依然沒有采取消除應(yīng)力的措施，仍存在法蘭口應(yīng)力變形、支架斷裂或者其他部件開裂的可能，沒有從根本上解決問題，且維修費(fèi)用高。

3、維修方案三

將外管上的導(dǎo)軸承座和導(dǎo)軸承支架全部車掉，重新制作加強(qiáng)的相應(yīng)部件，制造一個(gè)不影響海水導(dǎo)流的環(huán)板，環(huán)板與導(dǎo)軸承支架（法蘭側(cè)）焊接連接并做消除應(yīng)力處理，環(huán)板則與原泵筒采用螺栓連接方式進(jìn)行聯(lián)接固定。采用此方案最終目的是將原導(dǎo)軸承支架焊接處應(yīng)力消除，確保支架不會(huì)斷裂，原4根支架承擔(dān)的應(yīng)力則被分散到法蘭外側(cè)24個(gè)螺栓處，各螺栓承擔(dān)的應(yīng)力被大大分擔(dān)并削弱，引起應(yīng)力疲勞并斷裂的可能性基本消除。維修方案的設(shè)計(jì)圖如下：

最終采用方案三的優(yōu)化方案，對(duì)海水泵3節(jié)泵筒進(jìn)行改造，對(duì)支架和導(dǎo)軸承座進(jìn)行加強(qiáng)，優(yōu)化導(dǎo)流外形避免海水節(jié)流的影響，改造所采用的材料均為超級(jí)雙相鋼材質(zhì)，保障海水泵材料的統(tǒng)一。在采用方案三進(jìn)行優(yōu)化改造的同時(shí)，采取其他優(yōu)化措施對(duì)其它海水泵部件進(jìn)行維修，并采取一系列措施杜絕了海水中垃圾對(duì)海水泵運(yùn)行的影響，避免出現(xiàn)垃圾淤堵海水泵濾網(wǎng)的現(xiàn)象發(fā)生。

1、試車情況

自2015年對(duì)海水泵B泵采用維修方案三進(jìn)行優(yōu)化后，海水泵運(yùn)行3年來狀態(tài)良好，再未發(fā)生導(dǎo)軸承支架斷裂的情況。優(yōu)化方案迅速進(jìn)行了推廣，對(duì)海水泵A泵、C泵、E泵等均進(jìn)行了優(yōu)化改造，目前各泵運(yùn)行狀態(tài)良好，說明改造方案是成功的。

2、專利申請(qǐng)情況

鑒于海水泵外管導(dǎo)軸承支架維修的成功應(yīng)用，中海浙江寧波液化天然氣有限公司與維修改造合作方上海凱泉泵業(yè)（集團(tuán)）有限公司共同申請(qǐng)，并已獲得國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局使用新型專利證書，實(shí)用新型名稱《一種海水泵外管導(dǎo)軸承支架結(jié)構(gòu)》，證書號(hào)第5742716號(hào)。

五、結(jié)語

通過自主維修進(jìn)口設(shè)備，不僅鍛煉了一批檢維修隊(duì)伍，并在檢修過程中有所創(chuàng)新，解決了設(shè)備運(yùn)行故障問題，提高了檢維修能力和素質(zhì)，提高了問題分析能力和解決問題的能力。海水泵檢維修過程對(duì)外管導(dǎo)軸承支架斷裂故障分析是準(zhǔn)確的，改造方案是可行的，也是成功的。

（作者單位：中海浙江寧波液化天然氣有限公司）