張敏

摘 要 離心泵是一種常見的流體動力性設(shè)備，它是由液體在一定壓力條件下通過葉輪的作用而形成的具有旋轉(zhuǎn)運動性能的機械結(jié)構(gòu)。它可以在高溫、高壓、粉塵或其他惡劣環(huán)境下工作，并能保持其正常的性能和可靠性，具有效率高、壓力低、體積小等特點。社會的發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進步對離心泵的要求也越來越高，因此對其可靠性和使用壽命的研究就顯得尤為必要，本文針對離心力原理及常見的故障進行分析，深入研究相應(yīng)的解決措施，以期為相關(guān)行業(yè)發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞 多級臥式離心泵 竄量調(diào)整 軸承配合

中圖分類號：TH31 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0007-03

1 多級臥式離心泵理論基礎(chǔ)

1.1 多級離心泵簡介

隨著社會的發(fā)展和科技的進步，人們對生活質(zhì)量的要求不斷提高，離心泵的應(yīng)用范圍也越來越廣，使其在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)中都有廣泛的使用價值。多級離心泵是一種新型的無葉輪式葉輪，它由兩個葉輪組合而成，其中一個是單軸旋轉(zhuǎn)葉片，另一個為雙軸旋轉(zhuǎn)葉片，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高時可以通過調(diào)節(jié)每個葉輪的高度來改變離心力。多級臥式離心泵具有結(jié)構(gòu)簡單、易于制造、制造成本低、可靠性高等優(yōu)點，但由于其工作環(huán)境惡劣，在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量的熱和噪聲。因此對于一些特殊的工況，例如高溫，腐蝕性氣體污垢有毒物質(zhì)，粉塵易燃易爆的液體等，需要定期進行維護。

1.2 離心泵的水力特性

（1）離心泵的葉輪和蝸桿的轉(zhuǎn)速較高，在葉輪的轉(zhuǎn)動過程中，由于蝸桿的高速旋轉(zhuǎn)會使其壓力作用在蝸桿上，這樣會使其溫度升高，當溫度達到一定程度時液體就會凝固，當它的速度大于能量的傳遞時它就會從蝸殼中出來，從而形成一個循環(huán)，這個時候因為流體具有的粘性，所以它的動能轉(zhuǎn)化為熱能，因此可以提高效率。（2）離心泵的葉輪和渦輪的直徑比較大，通常情況下葉片與水的接觸面積較大，同時在軸向的方向有可能受到水平或者垂直的外力，這都有可能導(dǎo)致軸向變形。（3）離心泵的葉輪表面粗糙度比一般斜面的表面要大，并且容易出現(xiàn)污垢。如果發(fā)生了泄漏，那么將會造成嚴重的后果：一方面它會影響到設(shè)備的使用壽命;另一方面還會對環(huán)境產(chǎn)生污染。

1.3 離心泵的流動特性

在離心泵的運行過程中，其內(nèi)部的流體流動是非常復(fù)雜的現(xiàn)象（如流道內(nèi)的氣體壓力和溫度），這些因素都會對泵的正常工作產(chǎn)生影響，因此必須對其流動特性進行分析：（1）葉輪的直徑比葉輪的軸徑小，這樣就會導(dǎo)致離心力的作用力增大，從而使葉輪磨損加劇，嚴重時可能引起喘振;（2）當轉(zhuǎn)速較高時，葉片與壓盤的接觸面積較大，壓盤的摩擦力也很大，此時容易出現(xiàn)喘振。當速度較低時，壓盤的壽命又很短，所以喘振的發(fā)生是不可避免的，但若在高速運轉(zhuǎn)下，由于氣流的紊動，則有必要增加壓緊板的厚度來防止喘震;（3）離心泵的出口比一般的大一些，它的入口容積大小不一定要大，如果流量太大，那么排氣的效果反而不好，甚至還會引發(fā)排氣中斷。

2 多級臥式離心泵故障分析

2.1 竄量調(diào)整不合理引起機封泄漏

由于離心泵的工作條件惡劣，在運行過程中難免會出現(xiàn)竄量調(diào)整不合理的現(xiàn)象：（1）當泵的轉(zhuǎn)速過低時，離心力壓縮機的壓力就會下降，導(dǎo)致潤滑油液面降低，從而使壓差變大，這樣就容易造成漏液和流道堵塞;（2）若水的比降不大于0.5%，那就說明因為流體流動的阻力太大而使其粘度變小，因此要對其進行適當?shù)恼{(diào)整，若是低于0.02%那就要調(diào)節(jié)到合適的黏度;（3）若是含水量較高，則一般都需要調(diào)小或減少進水口的出口位置，以避免因含水量升高而引起的漏料。[1]

2.2 振動引起機封磨損泄露

因為離心泵的振動頻率高，所以在正常工作的時候會產(chǎn)生大量的熱和噪聲，這些熱和噪音都會對設(shè)備造成嚴重的損壞以至于發(fā)生故障：（1）葉輪的設(shè)計不合理。由于葉輪的結(jié)構(gòu)原因，在葉輪的內(nèi)部有很多的間隙存在，導(dǎo)致了流體的流動速度過快，從而使氣體的壓力降低，就很容易出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象;（2）壓盤的應(yīng)力不夠，使得壓盤的表面發(fā)生形變，這樣就很可能引起形變的進一步擴展，最終使其性能下降。如果壓盤的材料太差又或者是制造工藝的不理想，都將加速其彈性變形，最后又會引起形變;（3）主軸的穩(wěn)定性較差。當軸的轉(zhuǎn)速超過一定值時，軸上的摩擦力也隨之增大，潤滑油的黏度就越低，動平衡性越差，動靜相互作用的力也越大，這將增加軸承的熱負荷，加劇軸承的疲勞破壞，同時還會影響到其他零件的使用壽命。[2]

2.3 泵體加工制造質(zhì)量不過關(guān)

加工過程中加工材料的質(zhì)量會直接影響到壓鑄機的使用壽命，因此在壓鑄時要嚴格控制好原材料的質(zhì)量和加工制造質(zhì)量：（1）在壓鑄前，要對原料進行預(yù)熱處理，防止因高溫而使其發(fā)生變形，從而造成不必要的損失;（2）在壓鑄前，應(yīng)檢查其表面是否存在裂紋、砂眼、孔隙等缺陷，如果有這些問題應(yīng)及時更換，以保證壓鑄機的正常運行。同時還要注意不要把壓力室的水箱蓋擰緊，以防水箱內(nèi)的水流入泵體，導(dǎo)致壓力室的密封圈遭到破壞;（3）對軸承的潤滑也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，因為它可以減少摩擦降低熱量，提高耐磨性，延長設(shè)備的使用年限。但是由于軸承的間隙過小，會使軸承的耐磨性變差，所以必須選用合適的潤滑油，否則會因過松而損壞零件。

2.4 軸和軸承的配合精度不達標

軸和軸承的配合精度不達標是離心泵故障的主要原因之一，具體表現(xiàn)有：（1）軸的過盈變形;（2）軸承的間隙過盈或發(fā)松;（3）裝配質(zhì)量差。

解決這個問題的方法是：在軸的設(shè)計中，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)一些小的偏差，如在軸的兩端蓋上加工孔應(yīng)注意孔的深度和螺栓孔的位置?；蛟诎惭b后，將其放在軸承的裝夾中，以保證其剛度，減少因裝夾而引起的竄油現(xiàn)象，此外還可以通過調(diào)整軸承的間隙來消除由于間隙過大而產(chǎn)生的松弛。另外還可采取適當?shù)难a償措施，以減小因彈簧的彈性變形所造成的影響。例如：對錐面的表面進行磨削，使之光滑，或者采用較低的磨削量，來提高錐面上的摩擦系數(shù)從而降低因磨損而導(dǎo)致的竄油的情況發(fā)生。[3]

2.5 密封材料不合適，導(dǎo)致磨損嚴重出現(xiàn)故障

目前，離心泵的密封材料主要有橡膠、塑料和玻璃等。其中以橡膠的摩擦效果最明顯，但是由于其價格昂貴，并且在使用過程中容易老化，所以在日常的維護中一般都要更換新的密封膠。而對于多級臥式離心泵來說，它本身的密封性能就比較差，而且在運轉(zhuǎn)的時候也會出現(xiàn)磨損從而導(dǎo)致軸承的損壞以及潤滑油的泄露等問題的發(fā)生。另外，因為其自身的結(jié)構(gòu)特點，它也會造成磨損的現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，這些材料的耐熱性較差，因而當溫度過高時，它們就會產(chǎn)生高溫，如果這時不加以注意，很可能還會引起火災(zāi)。離心泵的外殼和主軸的表面沒有足夠的強度和剛度，因此很容易被腐蝕進而使軸的變形加劇，最終引發(fā)故障。

2.6 施工人員缺乏專業(yè)性

部分操作人員對技術(shù)知識的理解不透徹，導(dǎo)致在設(shè)備的維護和保養(yǎng)過程中出現(xiàn)了問題，從而造成了故障的發(fā)生。還有的操作人員在工作時，沒有按照標準的程序進行，或者是不按正確的步驟去執(zhí)行，導(dǎo)致機器的故障率增加。（1）粗心大意，對技術(shù)指標的不熟悉，會使效率降低，影響生產(chǎn)。（2）技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平不高，會使其操作錯誤，導(dǎo)致故障的產(chǎn)生。還有的人認為只要把零件的毛刺清理干凈就可以了，實際并非如此。這些都是由于他們的疏忽大意，沒用足夠的時間和精力去學(xué)習(xí)新的專業(yè)技能和新的理論和方法，以及缺乏實踐經(jīng)驗導(dǎo)致的。

3 多級臥式離心泵故障分析及處理

3.1 半竄量的調(diào)整

半竄量的調(diào)整是離心泵故障分析中的一個重要部分，主要用于對離心泵的維修診斷：（1）由于離心力作用，當葉輪與壓盤間的相對速度大于一定值時，壓盤的轉(zhuǎn)速會逐漸降低，此時壓盤的轉(zhuǎn)角會增大，這樣就可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的大小來解決;（2）由于離心泵的工作環(huán)境惡劣，在運行時泵殼和軸承的溫度很高，所以會出現(xiàn)異常的運轉(zhuǎn)情況。這樣的話我們就需要調(diào)整潤滑油的粘度，從而保證其穩(wěn)定地進入到離心泵內(nèi);（3）當流體進入多級臥式離心泵的殼體后，通過改變殼體的位置來實現(xiàn)對液體的有效控制，如在殼體內(nèi)部設(shè)置一個可調(diào)節(jié)的液位差，使其保持在正常值范圍內(nèi);（4）當輸送的流體速度過快，而又沒有及時地進行處理，則容易引起液體的流動方向偏移以及偏析，這時就有必要對其采取一定的調(diào)整措施來解決。[4]

3.2 動靜環(huán)高低的調(diào)整

調(diào)整環(huán)的設(shè)置是為了保證離心泵的正常運行，在調(diào)整環(huán)的過程中，要注意以下幾點：（1）調(diào)整環(huán)的位置要選擇在離心力的中心線附近，這樣可以使它的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，同時還能夠減少離心泵的磨損量。（2）調(diào)節(jié)環(huán)的大小也很重要，一般情況下，會選用圓形地或者方形的固定式的盤子，來對盤子的旋轉(zhuǎn)方向進行控制。但是也有例外，如果是矩形的盤子，那么它的直徑就會變大，所以在轉(zhuǎn)動的時候阻力也會變大，從而影響到軸向的壓力和速度。而當使用搖動搖桿時，搖桿的擺動幅度必須大于其半徑的一半以上，否則的話，當搖桿的長度超過了一定的數(shù)值后，就很容易出現(xiàn)卡死的現(xiàn)象了，這時就要用砂輪來代替。[5]

3.3 轉(zhuǎn)子竄量的改進

轉(zhuǎn)子竄量是離心泵故障分析中的重要參數(shù)，它主要是由于轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速較高，慣性力較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在機頭內(nèi)的壓力差過大，從而造成動平衡問題。針對上述的影響因素，本文對離心泵的轉(zhuǎn)子進行了改進，以減少其漏油現(xiàn)象：（1）增加了定子的剛度，減小了定子與靜葉的間隙;（2）采用雙螺桿的緊固方式，使靜葉的轉(zhuǎn)矩變大，同時也增大了動葉的漏油率;（3）在轉(zhuǎn)子的運行過程中當轉(zhuǎn)矩變小時，定子與靜葉片的溫差會逐漸加大，而轉(zhuǎn)矩的變化又會進一步地放大壓差，因此需要對軸承的預(yù)緊力和推力要求比較嚴格，預(yù)緊力的大小要控制好，這樣可以有效地降低動輪的溫差提高壓氣機的壽命。而對于轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)則要通過改變彈簧的預(yù)拉應(yīng)力來實現(xiàn)，預(yù)拉應(yīng)力過大則容易引起喘振。

3.4 軸承跑內(nèi)圈的處理

軸承的潤滑是保證軸承正常工作的重要部分，如果軸承的溫度過高，會造成其斷裂或變形，從而影響其壽命，甚至導(dǎo)致軸承的損壞和崩潰：（1）在軸承的外圈處，應(yīng)加一層油氈或尼龍，以防止由于油氈的熱膨脹而使其松動;（2）在滾動體的內(nèi)控處，應(yīng)采用補油塞，以避免因不加油的原因而使內(nèi)部壓力急劇上升;（3）當軸向移動時，可適當減小壓緊的力度軸向方向過粗，則可能會引起振動產(chǎn)生噪聲，因此要及時更換新的壓緊墊片，同時也要注意調(diào)整壓緊墊片的厚度和螺栓的位置等;（4）當軸向發(fā)生輕微的形變時，可選用調(diào)質(zhì)合金鑄鐵制成空心球波紋鋼。這種鑄鐵具有較高的硬度、良好的耐磨性、抗疲勞強度高等優(yōu)點。但它的缺點是加工困難、成本高、維修不便，因此一般不推薦用此材料。[6]

3.5 泵體密封圈的改進

針對離心泵的密封圈，可以采用橡膠材料或塑料等。在設(shè)計的時候要考慮到離心泵的工作環(huán)境，盡量避免在惡劣的條件下使用，因為這樣會導(dǎo)致摩擦力的損失增加，需要對密封圈進行改進，使其具有更好的抗磨損性能，同時還能減小噪音。為了防止水進入葉輪，應(yīng)在葉輪與隔板之間加入一層軟性的石棉油皮，以此來提高葉輪與隔板的接觸面積，從而減少水的腐蝕和堵塞。由于軟性的石棉油皮很容易被壓縮，因此應(yīng)該對其添加防銹劑，以延長它的壽命。而硬質(zhì)石棉油皮，則不致被壓縮，因而也不能完全地堵住它的邊緣：而軟質(zhì)石子，則是耐磨、耐高溫，而且不透氣，能達到很好的吸振效果。另外，還得加進填料以改善潤滑，降低噪聲。

3.6 機械密封與軸承的更換

機械密封是防止機械零件與部件之間摩擦生熱，從而影響其壽命和可靠性的重要措施之一。軸承是離心泵的關(guān)鍵部分，它直接承受著軸向壓力，因此要定期對軸承進行檢查，并及時更換潤滑脂，以延長軸承的使用年限。（1）軸承油中的油脂應(yīng)保持干凈，以免油污、雜質(zhì)等進入軸承，造成堵塞。（2）應(yīng)采用防塵、防銹的材料或其他易磨損的合金制造的軸承外圈，如鐵基環(huán)氧烷，內(nèi)圈用橡膠卡環(huán)或涂布層等。（3）在軸與殼體的連接處，需用螺栓將其固定，以防因接觸不良而損壞。如果發(fā)現(xiàn)密封表面的漏油，需立即擰緊封膠皮帶的螺母，擰緊封膠皮帶的螺釘，使已封膠皮帶上的堵痕消失。

4 結(jié)語

本文深入研究了離心泵的故障診斷，首先介紹了離心泵的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，然后對其進行了簡單的故障分析，包括葉輪磨損、葉輪盤損壞、軸向變形等，最后對離心泵的常見故障、解決方法以及排除措施做出了總結(jié)。

參考文獻：

[1] 劉起超，周云龍，梁超，等.離心泵運行狀態(tài)在線監(jiān)測與故障診斷裝置研制與應(yīng)用[J].熱力發(fā)電，2019，48 （01）：30-35.

[2] 李延榮.淺析多級臥式離心泵故障分析及處理[J].石化技術(shù)，2019，26（08）：198-199.

[3] 唐擁軍，熊生勇.多級臥式離心泵故障分析及處理[J].設(shè)備管理與維修，2016（03）：88-90.

[4] 郭琦，劉丹妮，高宏宏.淺析多級臥式離心泵故障分析及處理[J].中國設(shè)備工程，2021（14）：76-77.

[5] 徐留軍.探討臥式多級離心泵的檢查及維修[J].科技資訊，2013（21）：91.

[6] 趙旭凌，周云龍.基于LabVIEW的離心泵在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[J].東北電力大學(xué)學(xué)報，2017， 37（02）：66-72.