黃佳偉

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司塑料部，上海 200540)

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)聚烯烴聯(lián)合裝置使用高速泵P506和P223分別將丙烷輸送到反應(yīng)和關(guān)鍵沖洗區(qū)域，這兩臺(tái)泵是裝置的關(guān)鍵設(shè)備,運(yùn)行過(guò)程中多次發(fā)生故障，給裝置長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)了很大的影響。針對(duì)這一現(xiàn)狀，對(duì)高速泵故障原因進(jìn)行了深入分析，并提出了相應(yīng)的處理措施。

1 高速泵概況

高速泵是一種特殊離心泵，它結(jié)構(gòu)緊湊，維修方便，同時(shí)具有高揚(yáng)程、低流量、效率較高等工藝特點(diǎn)，在石油化工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。這種泵常見(jiàn)為立式泵，其結(jié)構(gòu)最大特點(diǎn)是帶一個(gè)增速箱，葉輪轉(zhuǎn)速可達(dá)2 5000～30 000 r/min。此泵采用高強(qiáng)度鋼硬齒面齒輪，箱體、齒輪傳動(dòng)件、葉輪、誘導(dǎo)輪、滑動(dòng)軸承等加工精度較高，轉(zhuǎn)動(dòng)部件全部做過(guò)動(dòng)平衡，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊合理、運(yùn)行穩(wěn)定性好。高速泵的主要傳動(dòng)部件有聯(lián)軸節(jié)、輸入軸、中間軸和輸出軸。

(1)聯(lián)軸節(jié):常用的有托馬斯聯(lián)軸節(jié)、薄膜聯(lián)軸節(jié)；

(2)輸入軸:單齒輪軸,有直齒、斜齒兩種形式，軸兩端各安裝一個(gè)深溝球軸承；

(3)中間軸:軸上有主、從動(dòng)齒輪各一個(gè),從動(dòng)齒輪有直齒和斜齒兩種,上、下端軸承根據(jù)轉(zhuǎn)速不同有滑動(dòng)軸承和深溝球軸承兩種；

(4)輸出軸:在軸上裝有直齒齒輪，閉式或半開式葉輪，誘導(dǎo)輪(視泵的汽蝕情況安裝或不安裝)各一個(gè)，軸上下端各安裝一套徑向軸向組合式滑動(dòng)軸承,軸上還裝有齒輪箱側(cè)和泵側(cè)機(jī)械密封三套(串聯(lián)或雙端面)[1]。

2 高速泵振動(dòng)原因分析

高速泵運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)大的狀況，出現(xiàn)這種情況的原因可能為：一是工藝因素，若泵體內(nèi)介質(zhì)部分汽化，需重新停泵排氣；或泵的流量控制不當(dāng)，此時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)泵的回流閥開度可得到有效解決。二是機(jī)械故障，按照高速泵的結(jié)構(gòu),在運(yùn)行中泵本身可能產(chǎn)生振動(dòng)的原因有以下幾種：

(1)電機(jī)軸和齒輪箱輸入軸不對(duì)中。軸不對(duì)中主要源于泵安裝或檢修時(shí)找正不良,運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生軸不對(duì)中。軸的平行不對(duì)中主要產(chǎn)生二倍頻徑向振動(dòng),伴有多倍頻振動(dòng)；角度不對(duì)中主要產(chǎn)生工頻軸向振動(dòng)伴有多倍頻振動(dòng)。在生產(chǎn)實(shí)際中,泵的軸不對(duì)中往往是兩種不對(duì)中的綜合。

(2)滾動(dòng)軸承故障。導(dǎo)致滾動(dòng)軸承故障主要有疲勞剝落、永久變形、磨損、腐蝕、斷裂、保持架損壞等原因。高速泵所用的軸承質(zhì)量較好,軸承箱潤(rùn)滑油系統(tǒng)也較好,在運(yùn)行中滾動(dòng)軸承一般只發(fā)生疲勞剝落和腐蝕兩種故障。滾動(dòng)軸承疲勞剝落引起較大的軸振動(dòng),對(duì)泵的運(yùn)行危害較大；軸承腐蝕,會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲,伴隨一定的振動(dòng),加速滾道和滾子的疲勞。

(3)轉(zhuǎn)動(dòng)件動(dòng)平衡不佳。高速泵使用的轉(zhuǎn)動(dòng)件(包括葉輪、誘導(dǎo)輪、高速軸、聯(lián)軸節(jié))都做過(guò)G2.5動(dòng)平衡，運(yùn)行過(guò)程中一般只有葉輪和誘導(dǎo)輪會(huì)受到輸送介質(zhì)的沖刷和汽蝕作用,以及介質(zhì)中異物的附著而產(chǎn)生不平衡。葉輪和誘導(dǎo)輪不平衡主要引起一倍工頻徑向振動(dòng),隨著振動(dòng)增加，輸出軸軸頸和徑向軸承發(fā)生摩擦,引起輸出軸和徑向軸承燒壞，使振動(dòng)進(jìn)一步的增加。

(4)滑動(dòng)軸承故障?；瑒?dòng)軸承的故障有巴氏合金松脫、巴氏合金磨損、疲勞腐蝕、軸承殼體松動(dòng)、軸承間隙不當(dāng)?shù)取８咚俦盟没瑒?dòng)軸承結(jié)構(gòu)合理布置恰當(dāng)，油系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定正常情況,在大修周期1～2年內(nèi)不會(huì)發(fā)生因滑動(dòng)軸承故障而產(chǎn)生的振動(dòng)，但在以下幾種情況下可產(chǎn)生故障：①軸承間隙過(guò)小會(huì)引起軸承巴氏合金過(guò)熱熔化,甚至抱軸；②滑動(dòng)軸承的內(nèi)表面進(jìn)入異物會(huì)引起磨損；③徑向軸承巴氏合金的磨損、熔化會(huì)使滑動(dòng)軸承的間隙增大,運(yùn)行時(shí)軸頸在軸承中偏心擺動(dòng),產(chǎn)生n倍工頻振動(dòng)(n=1,2,3,…)；④輸出軸上下止推軸承構(gòu)成一對(duì)反向止推軸承，齒輪箱組裝完畢后,輸出軸的軸向竄動(dòng)量扣除熱膨脹差后就是軸向軸承的運(yùn)行間隙，齒輪箱裝配時(shí)輸出軸竄量過(guò)小會(huì)引起止推片粘著磨損，巴氏合金熔化或脫落，使振動(dòng)加大。

(5)軸彎曲。軸的微量彎曲不會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)，由于齒輪軸有較高的強(qiáng)度以及泵的結(jié)構(gòu)合理，輸入軸和中間軸在運(yùn)行過(guò)程中一般不會(huì)產(chǎn)生彎曲，但輸出軸會(huì)在運(yùn)行中由于葉輪或誘導(dǎo)輪受到過(guò)度的沖擊而產(chǎn)生彎曲，破壞動(dòng)平衡。

(6)齒輪故障。齒輪失效有以下形式齒面磨損，齒面膠合和擦傷，齒面接觸疲勞，彎曲疲勞與斷齒以及齒面腐蝕，高速泵所有齒輪都是高強(qiáng)鋼硬齒面齒輪,幾年來(lái)從未發(fā)生過(guò)齒面的磨損、擦傷和接觸疲勞故障，未發(fā)生過(guò)齒根疲勞與斷齒故障[2]。

3 高速泵的故障診斷

3.1 P223A故障現(xiàn)象、檢修過(guò)程及分析

高壓丙烷進(jìn)料泵P223葉輪最大轉(zhuǎn)速為23 782 r/min，揚(yáng)程為1 244 m，流量為7.69 m3/h。P223A自2012年9月檢修以來(lái)，共連續(xù)運(yùn)行了約一個(gè)月，2013年4月22日夜班發(fā)現(xiàn)P223A異聲，主要集中在齒輪箱上部。測(cè)試齒輪箱的振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)齒輪箱振動(dòng)最大處G1V為9.4 mm/s，超過(guò)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，雖可維持使用，但考慮到生產(chǎn)穩(wěn)定，23日轉(zhuǎn)為由P223B運(yùn)行，A臺(tái)作緊急備用。28日P223A更換齒輪箱及機(jī)封，經(jīng)工藝處理后備用。檢修期間曾出現(xiàn)新更換P223A機(jī)封封液泄漏，懷疑為新更換的機(jī)封動(dòng)、靜環(huán)脫開，密封面貼合不嚴(yán)，導(dǎo)致密封液泄漏。

拆解故障齒輪箱發(fā)現(xiàn)：(1)油系統(tǒng)整體較臟，齒輪箱軸承油流道有雜物；(2)中速軸齒輪、軸承有銹蝕現(xiàn)象(見(jiàn)圖1～2)；(3)經(jīng)手動(dòng)盤車發(fā)現(xiàn)低速軸上、下軸承尤其是下軸承徑向間隙都較大，懷疑軸承滾珠已出現(xiàn)點(diǎn)蝕或磨損現(xiàn)象。

圖1 中速軸軸承

圖2 中速軸齒輪

原因分析：(1)在密封腔或者密封彈簧一面，出現(xiàn)了固體顆粒，可能是在安裝過(guò)程中混入少量雜質(zhì)引起的；(2)齒輪箱上部出現(xiàn)異聲，應(yīng)是低速軸上、下軸承徑向間隙過(guò)大，軸承滾珠已出現(xiàn)點(diǎn)蝕或磨損現(xiàn)象造成；(3)齒輪箱油系統(tǒng)整體較臟，齒輪箱軸承油流道有雜物，中速軸齒輪、軸承有銹蝕現(xiàn)象，此類現(xiàn)象應(yīng)是在泵平時(shí)加油過(guò)程中有少量水進(jìn)入造成。

3.2 P506故障現(xiàn)象、檢修過(guò)程及分析

循環(huán)丙烷泵P506葉輪最大轉(zhuǎn)速為23 862 r/min，揚(yáng)程為1 250 m，流量為27.6 m3/h。2013年4月25日發(fā)現(xiàn)P506B有異聲，測(cè)試齒輪箱的振動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)齒輪箱振動(dòng)最大測(cè)點(diǎn)G1V(東西方向)振值為10.7 mm/s，G1H(南北方向)振值為10.5 mm/s，在譜圖上有398.44 Hz的邊帶頻率出現(xiàn)，3377.8 Hz頻率有所上升，懷疑該頻率為齒輪嚙合頻率。27日21∶00 發(fā)現(xiàn)P506B油壓低，裝置決定于21∶30 由B泵切換到A泵運(yùn)行，切換成功，但發(fā)現(xiàn)P302沖洗流量小，P302 piston壓力高，判斷為P302主密封粉料倒竄造成沖洗堵，清通后投用正常。

拆解P506B故障齒輪箱發(fā)現(xiàn)：(1)油系統(tǒng)較臟；(2)高速軸齒輪銹蝕；(3)低速軸齒輪部分?jǐn)帻X，低速軸上軸承嚴(yán)重?fù)p壞；(4)中速軸齒輪部分?jǐn)帻X(詳見(jiàn)圖3～6)。

圖3 高速軸齒輪銹蝕

圖4 低速軸齒輪損壞

圖5 低速軸上軸承損壞

圖6 中速軸齒輪損壞

原因分析：(1)從齒輪箱損壞來(lái)看，首先低速軸上軸承損壞，低速軸竄動(dòng)量變大，導(dǎo)致低速軸齒輪與中速軸齒輪嚙合不佳甚至齒輪斷齒，齒輪箱振動(dòng)變大。同時(shí)，由于低速軸竄動(dòng)量不斷變大，也造成聯(lián)軸器對(duì)中度不好、徑向軸向受力過(guò)大而損壞[3]。(2)因受泵切換時(shí)沖擊載荷較大，自2010年12月21日至2013年4月22日，該泵共切換12次，切換過(guò)于頻繁。(3)齒輪箱油系統(tǒng)較臟，高速軸齒輪銹蝕，可能與平時(shí)加油時(shí)有少量水進(jìn)入有關(guān)。

4 處理措施

4.1 齒輪箱的檢修處理

注意查看高速泵中滾動(dòng)軸承的精度、型號(hào)等參數(shù)，要求精度至少為P4。減少高速軸組件和滑動(dòng)軸承的磨損問(wèn)題，在止推面以及軸徑位置不能出現(xiàn)熔接物、過(guò)熱痕跡等，如果高速軸的磨痕深度高于25 μm，則需更換高速軸。每次打開齒輪箱檢修，都要檢查高速軸的軸向間隙，特別是更換中間墊片、O型環(huán)和推力瓦片時(shí)要注意測(cè)量高速軸和中間軸的軸向間隙。每次更換滑動(dòng)軸承后，一定要檢查高速軸的軸向間隙和徑向間隙。安裝葉輪時(shí)，葉輪的背面端間隙為1.5～2.0 mm。

4.2 機(jī)械密封的安裝及維護(hù)

安裝機(jī)械密封時(shí)一定要檢查備件的質(zhì)量，靜環(huán)上、下往復(fù)動(dòng)作應(yīng)沒(méi)有卡澀現(xiàn)象，補(bǔ)償量是否符合要求。安裝時(shí)檢查其壓縮量，靜環(huán)的壓縮量在1.8～2.0 mm。機(jī)械密封的泄漏情況也需時(shí)常檢查，按照機(jī)械密封沖洗方案PLAN52，正常情況下密封罐不帶壓力，一旦密封罐壓力表顯示帶壓，表明介質(zhì)端機(jī)封已經(jīng)出現(xiàn)較大泄漏。根據(jù)泄漏出的油的顏色，可準(zhǔn)確判斷是密封油還是潤(rùn)滑油，從而確定機(jī)封的運(yùn)行狀況。此外，還需檢查密封罐內(nèi)密封油的熱虹吸是否建立，介質(zhì)端機(jī)封的反向沖洗是否正常，保證足夠的沖洗量能及時(shí)帶走機(jī)封產(chǎn)生的熱量，改善機(jī)封工況從而延長(zhǎng)機(jī)封壽命。

4.3 潤(rùn)滑油的日常維護(hù)

高速泵運(yùn)行中要經(jīng)常巡檢并記錄潤(rùn)滑油溫度、壓力及油位，潤(rùn)滑油溫度不可超過(guò)90 ℃，油壓不易低于0.14 MPa。在高速泵加換油時(shí)，一定要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，防止水進(jìn)入油路系統(tǒng)，并定期對(duì)高速泵密封罐及齒輪箱進(jìn)行換油清洗。

4.4 加強(qiáng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及分析

做好對(duì)高速泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收集，通過(guò)對(duì)測(cè)振頻譜圖的分析，能及時(shí)掌握齒輪箱內(nèi)軸承及軸的運(yùn)行情況，提早發(fā)現(xiàn)故障，從而能做到預(yù)知性檢修。對(duì)于齒輪箱內(nèi)的齒輪及滾動(dòng)軸承，振動(dòng)能量集中在高頻段(1 000 Hz)，加強(qiáng)振動(dòng)加速度的測(cè)量有助于做出正確判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)P223和P506高速泵故障中發(fā)生的磨損、振動(dòng)、泄漏等原因分析，有針對(duì)性地采取了改進(jìn)措施，掌握高速泵的日常維護(hù)技巧，積累了大量對(duì)于高速泵的維修經(jīng)驗(yàn)，保證維修質(zhì)量。高速泵的良好使用，不僅取決于泵本身的性能，更重要的是日常的維護(hù)保養(yǎng)，良好的日常維護(hù)可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，使其以最佳狀態(tài)運(yùn)行，發(fā)揮泵最高的性能，保證其長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，降低生產(chǎn)成本，同時(shí)可以減少維修費(fèi)用。