机械、摩擦双防松锁紧装置在单级单吸离心泵中的应用

庞建铭

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花617000)

机械、摩擦双防松锁紧装置在单级单吸离心泵中的应用

庞建铭

(攀钢钒煤化工厂,四川攀枝花617000)

本文通过对常用单级单吸离心泵叶轮防松方式的研究,发现微动磨损是造成常用叶轮防松装置松动的主要原因,提出了一种避免微动磨损的新的叶轮防松方案,并在煤化工厂的单级泵上进行了试用,取得了较好的效果,该防松方式可以在相关泵上推广使用。

单级单吸 机械防松 摩擦防松 微动磨损

1 引言

泵是输送液体的一种流体机械,是将原动机提供的机械能转换成流体的速度能和压力能,以达到输送流体或造成流体循环流动等目的的流体机械。煤化工厂是生产焦碳、煤气和化工产品的企业,化工单元的流体输送是不可缺少的,泵在使用方面较为普遍。据统计煤化工厂现有各类离心泵426台,其中单级单吸离心泵398台。离心泵在运行过程中经常发生轴承损坏、机械密封泄漏、叶轮松动的故障发生,影响了生产的正常运行。

现阶段的点检定修对轴承劣化的程度可以通过设备诊断技术加以控制,机械密封的泄漏可以通过表象明确判断,所以以上两种故障都不会对设备造成极大的损坏。而叶轮松动后,在不稳定的情况下受力不平衡,从而引起轴向往复移动,一是造成轴套松动而使机械密封产生泄漏,二是轴向串动造成叶轮与泵壳和泵盖的摩擦接触,使叶轮、泵壳逐渐磨损失去其功能,甚至急剧磨损阶段叶轮在泵壳中卡阻,会使泵轴扭断的恶性事故发生,且该故障在初期阶段不易发现。

据点检统计,2005年12月至2007年12月煤化工厂在用离心泵因叶轮松动造成的故障平均83次/年,其中叶轮、泵壳、泵轴损坏的恶性故障平均14次/年,造成备品、备件年损耗约25万元,同时对生产的顺行造成了不利,急需要一种更好的叶轮防松措施来解决该问题。

2 离心泵叶轮松动的原因分析

2.1 常用叶轮防松措施

根据煤化工厂使用的泵检修记录知道,目前在用离心泵叶轮常用的锁紧和防松装置的主要有以下几种形式。

2.1.1 单螺母锁紧防松结构(如图1)

图1 单螺母锁紧防松结构型式

在泵轴叶轮端设置螺纹结构,通过一个螺母拧紧后防松。防松主要是通过螺母与叶轮面之间的摩擦力来完成。

2.1.2 对顶螺母防松结构防松结构(如图2)

图2 对顶螺母锁紧防松结构型式

在泵轴叶轮端设置螺纹结构,通过两个螺母拧紧后防松,与叶轮接触的第一个螺母与叶轮面之间的摩擦力来完成一次摩擦,第二个螺母与第一个螺母之间通过预紧力产生的摩擦力来防松。

2.1.3 常用备帽锁紧防松结构(如图3)

图3 常用备帽锁紧防松结构型式

在泵轴叶轮端设置螺纹结构,通过一个备帽螺母拧紧后防松。防松主要是通过备帽螺母与叶轮面之间的摩擦力来完成,与单螺母防松类似。备帽只是增加了防止介质对泵轴螺纹腐蚀隔离。

2.2 常用防松措施存在的不足

以上是煤化工厂离心泵常用的锁紧和防松装置的结构型式,均是螺纹联接的锁紧和防松。在静载荷作用下,能满足自锁条件。但是在受冲击、震动或变载荷以及温度变化较大时,联接有可能自动松脱,在实际应用中我们常使用摩擦防松,加弹簧垫圈或碟型弹簧片以及机械防松的加止动垫圈等形式,但往往不能满足工作的需要。

2.3 自行松脱的原因分析

2.3.1 微动磨损

在受冲击、震动或变载荷以及温度变化较大时,两个接触表面由于相对的振幅振荡运动而产生的磨损叫微动磨损。它产生于相对静止的接合零件上,因而往往易被忽视。微动磨损的最大特点是:在外界交变载荷作用下,产生振幅很小(小于100um,一般为2～20um)的相对运动,由于微动磨损集中在局部范围内,同时两摩擦表面永远不脱离接触,磨损产物不易往外排除,磨屑在摩擦表面起着磨料的作用。又因摩擦表面之间的压力使表面凸起部分粘着,粘着处被外界小振幅引起的摆动所剪切,剪切处表面又被氧化,故兼有粘着磨损和氧化磨损的作用。因此微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损形式

微动磨损使配合精度下降,紧配合部件紧度下降甚至松动,联接件松动乃至分离,严重者引起事故,此外,也易引起应力集中,导致联接件疲劳断裂,从而导致离心泵叶轮经常松动而发生故障。

2.3.1.1 微动磨损影响因素

实践与试验表明,外界条件的载荷、振幅、温度等对微动磨损影响相当大。

A、振幅:低碳钢做试验得到的结果。从图4中可以看出,在振幅较小时,单位磨损率比较小;当振幅超过50～150um时,单位磨损率显著上升。

图4 低碳钢滑移磨损试验图

B、载荷:如图5所示为微动磨损量与载荷的关系。从图中看出,在一定条件下,随着载荷增大,微动磨损量将增加,但是当超过某临界载荷之后,磨损量则减小。

图5 微动磨损与载荷关系图

C、温度:实验发现,中碳钢在其它条件不变时,在温度为130℃的情况下微动磨损发生转折。超过此温度,微动磨损量大幅降低。对低碳钢,在0℃以上,磨损量随温度上升而降低,在150～200℃时磨损量突然降低,继续升高温度,磨损量上升。温度从135℃升高到400℃时,磨损量增加15倍。

2.3.2 泵的轴向力和径向力

涡室是在一定的设计流量(qν)为了配合一定的叶轮而设计的。在设计流量qν下,涡室可以基本上保证液体在叶轮周围作均匀的等速运动,此时叶轮周围压力大体上是均匀分布的,在叶轮上就不会产生径向力,叶轮和涡室是协调一致工作的。当流量大于或小于设计流量qν时,叶轮周围压力就不均匀,此时,产生了径向力。径向力会使轴产生较大的饶度,使密封环和轴套发生磨擦而损坏。同时径向力是个交变载荷,会使轴因疲劳而破坏。

双级叶轮由于叶轮对称布置,轴向力相互平衡,所以不存在轴向力,但是单级叶轮不具备像双级叶轮那样的对称性,由于作用在叶轮两侧的压力不等,故有轴向力存在。并按抛物线形状分布的。会使叶轮在轴向力推动下发生串动,叶轮和泵体发生摩擦造成叶轮松动,使泵不能工作。

3 叶轮松动的消除方法

3.1 径向力和轴向力的消除方法

将涡室分成两个对称的部分,即构成平常所说的双层涡室或双涡室,虽然在每个涡室里压力分布仍是不均匀,但是由两个涡室相互对称,作用在叶轮上的径向力是互相平衡的。

在我厂精制车间80AYRⅢ—100P热油泵是生产工业萘的重要设备,Q=50 m3/h、H=100 m、D2=280 mm、Dw=130 mm、Dh=95 mm,求轴向力。泵的入口压力是0.15 MPa/mm2,求轴向力。

取K=0.6,得

泵的入口压力是1.5 MPa/mm2,则由入口所引起轴向力

泵的总轴向力为:

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

正值说明与F1相同,即轴向力为托架指向吸入口方向。

该泵的轴向力主要在叶轮后盖板的密封环开平衡孔,这样叶轮两侧的压力基本是平衡的。即使有剩余较小的轴向力,也可以通过泵后轴承(向心推力球轴承)消除。

3.2 微动磨损造成叶轮松动的消除方法

在长期的检修实践中,我厂常用的锁紧和防松装置的结构虽然其结构简单、防松方便但在冲击、高温、震动的工作条件下,其防松效果较差。拧紧力矩过大使螺纹破坏而且轴和套间垫圈的弹性变形得不到恢复,已不能满足生产和工况的要求,特设计叶轮锁紧和防松装置(如图6)。

图6 机械、摩擦双防松锁紧结构型式

机械、摩擦双防松锁紧装置工作原理:备帽螺母拧紧后,将单耳止动垫圈分别向螺母和螺栓的侧面折弯贴紧,即可将螺母锁住。螺母无论在任何情况下要松动必将带动螺栓同向转动,但是螺栓同向转动的方向是螺栓的拧紧方向,同理螺栓松动也将带动螺母拧紧,所以螺栓不会松动同时螺母也不会松动,螺母左旋与螺栓的右旋形成了互锁,有效的控制了微动磨损造成的叶轮松动。

4 改造运行情况及效果

2006年5月我们在煤化工厂精制车间焦油工序的IS80—65—160离心泵上试用了机械、摩擦双防松锁紧装置,到目前2008年6月应用2年零1个月的时间里,泵运行稳定,没有发生叶轮松动的情况。

4.1 制作简单

该机械、摩擦双防松锁紧装置,只需在现有备帽螺母防松设备的基础上,增加两个小部件:一个单耳防松垫圈,一个右旋螺栓;同时在泵轴端部增设一个相应的右旋螺纹孔与螺栓配合,在备帽顶端开一个与螺栓配合使用的通孔。

4.2 防松效果好

备帽螺母与螺栓的左右旋向相反,完成了第一次防松,单耳止动垫圈又有机的将备帽螺母与螺栓形成同向动作的结合体。螺母无论在任何情况下要松动必将带动螺栓同向转动,但是螺栓同向转动的方向是螺栓的拧紧方向,同理螺栓松动也将带动螺母拧紧,所以螺栓不会松动同时螺母也不会松动。螺母左旋与螺栓的右旋形成了互锁,有效的控制了微动磨损造成的叶轮松动,在IS80-65-160泵两年多的运行中得到了较好的证明。

5 结论

机械、摩擦双防松锁紧装置在使用中,发挥了较好的作用,有效的解决了叶轮防松的问题,为泵的长周期稳定运行提供了设备保障,在单吸泵上有良好的运用前景,具有推广的价值。

1.朱有庭,等.泵及其选用[M].化工设备设计手册.北京:化学工业出版社,2005.

2.张翠凤,等.机电设备维修技术(第一版)[M].北京:机械工业出版社,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

庞建铭,男,工程师。