灌区高扬程离心泵断轴问题及相关对策

赵惠莉

（甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心，甘肃 景泰 730400）

离心泵是泵站工程中不可缺少的设备，离心泵的正常稳定运行能够提升整个泵站的生产能力，能够满足区域内的农业灌溉需求。但离心泵在运行过程中易受到一些因素影响而出现断轴问题，导致整个灌区的生产都受到影响。下面结合实际，对灌区高扬程离心泵断轴问题的产生原因进行分析。

1 灌区高扬程离心泵断轴原因

1.1 机组轴心线偏离

机组与电机的轴线是否重合关系着离心泵能否正常稳定运转，若两轴不同心，离心泵出现断轴故障的概率就会上升。如某灌区高扬程离心泵在工作过程中出现断轴故障的次数较高，对故障进行分析后发现，导致离心泵多次出现断轴问题的主要原因是机组的轴心线未能高度重合。设备安装人员在安装过程中未能根据图纸以及现场实际情况将离心泵与电机的轴心线进行找正，使泵的轴心线偏离电机的轴心线，且没有将调整垫片安装在电机座下，导致电机中心高度得不到及时调整，最终使离心泵在运行过程中频繁出现断轴问题[1]。结合以往经验可知，当机组轴心线未高度重合时，就会产生以下两方面影响：一是当离心泵与电机以同样的速度高速运转时，泵轴因两轴不同心导致其扭矩加大，使轴承受到严重的磨损与破坏。在离心泵与电机持续高速运转的情况下，产生的扭矩就会超过轴承的极限允许值，轴承就会被损坏导致泵轴被折断。二是离心泵与电机的运转速度不相同，离心泵处于高速运转状态。此时，受到两轴不同心的影响，泵体出现幅度较大的振动，当实际振动值超过最大的允许值时，泵轴就会受到严重影响，泵轴因疲劳而断裂的概率也就会直线上升，并且泵体长时间的振动也会使轴承的使用寿命缩短，使泵轴更易出现断裂[2]。

1.2 泵轴设计不科学

经调查研究发现，轴承设计关系到离心泵的运行，当泵轴的设计不够科学合理时，离心泵出现断轴的概率就会增加。某灌区高扬程离心泵在运行过程中出现多次断轴问题，且每次的断裂位置都相同（在靠叶轮端第一个轴肩根部）[3]，经过仔细的检查后发现，在断轴的边缘有比较清晰的疲劳裂纹台阶，而断面光滑平整无任何痕迹。根据断裂表现将泵轴断裂类型确定为疲劳性断裂。通过分析研究发现，导致泵轴多次断裂的最根本原因是轴承的设计不够科学，轴肩与轴颈之间为直角，缺少过渡圆角。在这样的设计下，离心泵的轴在受力后极易出现应力集中的问题，当泵在高速运转时，泵轴受到弯矩、扭矩等的作用而将剪应力集中在轴肩部，当轴肩部受到的剪应力过大时就会断裂。

1.3 轴承选型

研究与实践证明，泵轴的型号、材质等也是导致泵轴断裂的重要因素。在泵轴选型不当或者材料脆性过大的情况下，其发生断裂的可能性也就更大。综合上述分析可知，在离心泵运转过程中，两轴不可能完全同心，因此在运转时总会有振动产生。要想最大程度消除泵体振动对泵轴的影响，就需让轴承有自动调心的能力。但目前许多灌区的离心泵都采用208 型轴承，不具备自动调心的功能。因此当离心泵处于运转状态时，泵轴就会受到来自双轴不同心以及泵体振动的双重影响，轴承受到的破坏增加，也更有可能发生断轴问题[4]。

1.4 泵出水管道安装方式

离心泵出水管道的安装形式也会对泵轴产生一定影响。对灌区高扬程离心泵的出水管管道按照竖直的形式节能型安装时（管道垂直于泵轴），在离心泵运行过程中，出水管道会受到乳化液温度升高的影响而出现膨胀伸长现象，当管道伸长时，其作用给泵轴的压力就增加，泵轴长时间受到管道压力就会出现弯曲以及倾斜现象，进而造成泵与电机两轴心线完全不重合，最终导致断轴问题。除此之外，当离心泵在运转过程中，叶轮也可能会与泵壳产生碰撞与摩擦，两者碰撞产生的冲击力使泵轴受到的弯矩在瞬间增大，导致泵轴瞬间断裂。

2 离心泵断轴因素综合分析

2.1 超标运转使动力矩改变

通常情况下，离心泵叶轮本身处于动静平衡，设备本身的性能以及工作质量维持在标准化数值，而当设备本身的平衡被打破时，设备运转从常态转变为超标状态，叶轮出现失衡，原本在泵壳中的转力以及力矩也会在同一时间发生改变，离心泵叶轮中的转子力矩会在运动状态下不断加深，弯折效果提升，对力矩运行带来影响，整个过程会遵循某种周期性的规律，无论是状态还是应用效果上都会发生一定程度的改变。从物理学角度来讲，离心泵叶轮所具备的弯折力矩会和泵轴在跨距方面呈正比例关系，换句话说，离心泵本身所具备的转速数值上升时，弯折力矩的变化频率也会随之提升，反之，离心泵的转速数值下降时，弯折力矩的变化效率也会因此下降。

2.2 周期性的复合运动

从本质上来讲，离心泵的运行转动一旦出现平衡被打破的情况，便会产生相应的复合运动现象，且周期性明显，会涉及弯曲运动，在这一过程中，原本在水泵中的转子开始运转，时间越长，设备磨损不断加深，尤其是长时间使用会引发严重的断裂情况。为了避免类似的情况出现，相关人员在对离心泵进行故障检测时，需要对注意整个叶轮的动静状态，发现问题及时进行转轴的更换，并对设备进行维护。

2.3 安装与管理工作不当

就目前来看，很多水泵装置在运行时都会有不同程度的振动，究其原因，是没有做好安装工作，后期管理过程中也没有进行维修，使电机装置以及水泵装置彼此之间相互影响相互作用，从而出现振动现象。这类振动本身的传递性较为明显，当联轴器传播振动时，原本的水泵弯折力矩数值会不断增大，频率方面也会发生较为明显的改变。通常情况下，在安装水泵时要清楚水泵的整体结构，避免出现镜像振动，降低轴向窜动所带来的影响。

3 灌区高扬程离心泵断轴防控与处理对策

3.1 重新找正机组

针对离机组轴心线不重合的问题，可采用刨削电机底座的方法，在保证强度充足的情况下对电机底座下的表面进行刨削处理，让机组的中心线降低。为了使机组能自动调整中心线，可在电机底座部位安装2 块左右的薄铜垫板，让电机结合实际情况自动调整高度，从根本上解决两轴心线不重合的问题，控制离心泵泵体的振动幅度，使泵轴得到有效保护[5]。

3.2 优化泵轴设计

针对由泵轴设计不合理而引起的断轴问题，应当结合相关技术标准与规范，根据灌区高扬程离心泵的实际运行环境、运行需求等对泵轴进行重新设计与加工，通过提高泵轴设计的科学性与可行性降低离心泵断轴概率，保障离心泵正常稳定运行。结合现实的运行需求，取消原泵轴上各轴肩与轴颈之间的直角以及退刀具槽，将直角替换为圆角的过渡形式，使应力能平缓均匀过渡，不会在肩部集中，从而杜绝轴承断裂事故的发生。此外，为了使离心泵轴有更强的抗压能力，还可对泵轴的材料进行改进，如由45 钢代替原来的材料，并在加工结束后做调质处理，使泵轴的强度大大增强，将泵轴断裂的概率降到最低。

3.3 选择合适的轴承

离心泵轴承型号不合理会导致泵轴断裂的概率增加。因此，在后期还应根据实际情况对轴承进行调整改造，通过改造让轴承以及泵体的振动减轻，解决轴线不同心问题，将泵轴发生断裂的概率降到最低。灌区的高扬程离心泵可使用1208 型轴承，这一型号的轴承具有自动调心的功能，能满足灌区使用要求[6]。

3.4 泵出水管道增设伸缩装置

将泵出水管道设置在离心泵轴的上方不利于保护离心泵轴，会使离心泵轴出现断裂的概率增加。因此，需对泵出水管道的设置方案做适当的优化调整。可根据现场工艺压力以及温度等实际情况，设计一种填料式钢结构伸缩装置，利用自动伸缩功能的装置来减轻或消除管道对泵轴的负面影响，让泵轴得到有效保护。

3.5 完善设备运维管理

离心泵的使用时长等与灌区的设备管理措施有直接关系。一直以来，有些单位“重使用、轻管理”，对设备没有及时管理与维护，导致设备存在一些隐患，最终引发断轴现象。制定高扬程离心泵定期检查制度，按期组织专业人员对高扬程离心泵进行大检或小检，通过检查及时发现质量隐患并作出处理，防止问题扩大。制定高扬程离心泵运维管理细则。有关单位应按照高扬程离心泵出场说明、操作说明及离心泵的运行环境等制定详细统一的运维标准与质检标准，确定离心泵运维步骤、运维措施，推动各项运维管理工作朝规范化发展。在当前背景下有必要引进现代智能化、自动化的监测技术，安装自动监测装置或是构建设备监测系统，通过实时的监测掌握设备运行情况，了解高扬程离心泵轴承磨损情况，在此基础上制定预防、维护与处理方案，将出现断轴问题的概率降到最低。离心泵在运行期间有时会出现润滑油渗漏问题，当发现该问题后必须及时上报，并按照规定检查渗漏原因，改进轴封结构，提高设备密闭性，提高设备稳定性与可靠性。

4 结语

高扬程离心泵是灌区的重要设备，离心泵断轴问题会对区域内的生产活动带来很大影响。为此，对于离心泵断轴问题要根据具体的断轴原因采取针对性措施进行防范与处理。本文根据部分断轴原因从技术层面提了几点建议，包括重新找正机组、优化轴泵设计、选择合适的轴承、为泵出水管道增设伸缩装置，同时还提出通过一些管理性措施来降低泵轴断裂概率，让高扬程离心泵能正常稳定运行。如加强平时对设备的监测与管理，实时掌握泵轴磨损情况，并及时采取必要措施进行防护。若发现离心泵在运行时存在润滑油渗漏问题，就应及时改进轴封结构，提高其密闭性，及时消除故障。