锅炉给水泵轴向平衡装置的故障分析及对策.doc

锅炉给水泵轴向平衡装置损坏故障分析

摘要：本文就锅炉给水泵平衡装置损坏问题，解体测量，找寻原因，经过重新设计计算，调整关键部位间隙，改造轴承箱结构等措施成功解决该泵平衡盘磨损和止推轴承损坏等故障。
关键词：给水泵 平衡盘 止推轴承。

0　引言
给水泵平衡装置对给水泵的运行可靠性起着至关重要的作用，平衡装置流动间隙的大小，决定着平衡装置工作的正常与否。运转的多级泵由于每级叶轮的进出口压力不同、叶轮前后盖板的不对称及液流对叶轮的动反力，使转子上作用了很大的轴向力。如果不设法消除或平衡轴向力，此轴向力将拉动转子轴向窜动与固定零部件接触，造成泵零部件的损坏，以至无法正常运行。所以尽量减小多级泵的残余轴向力是保证多级泵平稳运行的前提。
1　正文
1.1　问题描述
P306C是***重整装置四合一炉余热回收系统的锅炉给水泵。2011年5月份开始对P306C进行更新，设计采用沈阳工业泵制造有限公司的4ZDG型卧式、径向剖分多级离心泵。该泵吸入口及吐出口均垂直向上，叶轮与轴滑装，采用平衡盘平衡轴向力，两端轴承均为滚动轴承，驱动端为圆柱滚子轴承，自由端为背靠背安装的角接触球轴承，用来平衡残余的轴向力。采用高效率优质碳钢铸件叶轮、导叶水利组合元件和高可靠性的摩擦副结构组合设计，在长期运行中仍能保持其高运行效率和高度的稳定性。泵体间采用O形圈密封，可防止泵体间产生泄漏。泵转子近似刚性,通过联轴器由原动机直接驱动。投入运行之后先后发生止推轴承损坏、平衡机构磨损和机械密封泄漏等故障。该泵设计参数如表1。
表1：P306C设计参数
介 质
扬程（m）
转速（r/min）
轴功率(KW)
额定流量(m3/h)
入口压力(MPa)
出口压力(MPa)
效率(%)
锅炉给水
550
2950
109
46
0.1
5.0
64

1.2　初步分析
该泵在运行过程中出现的故障表现在轴承箱温度高达70多度，解体发现止推轴承损坏、平衡盘磨损。该泵采用的是平衡盘加止推轴承的方式来平衡轴向力，平衡盘固定在轴上并和轴一起旋转，盘和座间有一定的轴向间隙，平衡盘背面承受平衡室压力，另一面则承受变化的压力（该压力由图中间隙b0和b决定），如图1。平衡盘的直径选择使两面的压力差足以平衡轴向力，当轴向推力大于平衡力，轴向间隙减小，降低了背压达到了自平衡。泵在正常运行时平衡盘与平衡座之间始终保持有轴向间隙，平衡盘与平衡座之间不会接触，更不会有接触摩擦。

此次平衡盘磨损、止推轴承损坏主要是由于：
1、节流套和平衡盘挡套之间的径向间隙过小，造成平衡盘灵敏度过高。平衡盘前压力是末级叶轮后盖板下面的压力经过节流间隙b0节流得到的，节流作用越强，平衡盘前压力变化越明显。经过测量该间隙为0.15mm（一般取0.2~0.3mm），经过该间隙节流后平衡盘前压力较低，由于平衡盘前后压差较小，平衡力不足。径向间隙b0也不易过大，否则平衡盘灵敏度不够，平衡能力差，容易造成转子轴向位移大，影响泵平稳运行。
2、平衡盘轴向间隙b过大，平衡盘作用减弱。经测量该间隙达0.52mm（一般取0.1~0.2mm,运行状态时保持在0.02~0.05mm），平衡盘的平衡作用减小，剩余较大的轴向力由止推轴承承担，最终导致止推轴承损坏，平衡盘磨损，较大的轴向窜动也导致机械泄漏。
3、止推轴承箱容积过小，轴承润滑、冷却不足，加速轴承的损坏。

图2 损坏的轴承 图3 磨损的平衡盘
1.3　采取措施
经过对该多级泵各级叶轮产生的轴向力及平衡盘的平衡力的重新计算，决定将平衡盘挡套直径由原来的φ64.7h8更改至φ64.5h8，即径向间隙b0由原先的0.15mm增加到0.25mm,同时，平衡盘轴向向间隙调整至0.1mm，平衡盘前压力提高，平衡力增大，使得泵残余轴向力变小，使轴承不受较大的轴向载荷。经过计算，轴向力为15792N，总平衡力为15447N，残余的2.18%的轴向力由止推轴承承受，从根本上解决轴承发热和平衡盘研磨的问题。
另外，将自由端轴承箱油池容积加大，增加油池储油量，采用甩油环润滑，而且带恒位油杯，保证轴承体内油位高度稳定不变，如下图4。

( 图 4 )
1.3　问题解决
经过改造，成功解决了P306C残余轴向力过大的问题，正常运行过程中轴承箱的表面温度仅30度左右，而且前后轴承箱的振动均在2mm/s以下，密封运行状况良好。