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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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磁力泵應用與軸承故障處理

2013-10-08

胡小青
（中石化巴陵分公司尿素部，湖南岳陽 414003）
　　摘　要：尿素裝置的吸收塔循環泵因環保問題改用國產CQB型磁力泵后，達到了完全無泄漏，滿足了環保要求，但其軸承使用壽命短，并由此引發其他內件損壞，導致該泵運行周期短，備件更換頻繁。對軸承容易損壞的原因進行分析，在軸承選材及安裝尺寸上做了一些調整，改進后的軸承使用壽命在一年左右，保證了設備的長周期運行。
　　關鍵詞：磁力泵；應用；軸承；故障；處理
　　尿素裝置低壓循環系統吸收塔為了保證有足夠的吸收液，采用離心泵將吸收塔出口0.28MPa氨水抽出一部分返送至吸收塔作為吸收液循環使用，離心泵型號為HCA12.5-8/5單級，軸封形式為填料密封，該泵基本上能滿足工藝要求，運行周期較長。但軸封始終泄漏嚴重，大量的氨水介質泄漏不僅浪費能源，也成了裝置備受關注的環保難點。為了解決泄漏問題，2001年2月對循環泵實施改造，取消原有離心泵，改用無泄漏的磁力泵。
　　磁力泵的應用消除了原有的介質連續泄漏現象，但運行周期短，內件故障頻繁，對正常生產帶來嚴重的威脅。對拆換下來的內件與磁力泵本身的內件結構反復對比分析，確定為軸承取材等方面存在不當之處，對磁力泵相關部位進行合理的改進，使磁力泵的運行狀況大為改觀。
　　1　磁力泵的應用情況
　　根據生產工藝條件及輸送物料介質的特性，選用的國產磁力泵型號為CQB80-65-125，性能參數為流量0.014m3/s，泵揚程80m，汽蝕余量4.0m，泵轉速2900r/min，電機功率7500W，泵效率54％。
　　COB磁力泵主要由電機、磁力偶合器和耐腐蝕離心泵組成。當電機帶動磁力偶合器的外磁鋼旋轉時，磁力線穿過間隙與隔離套作用于裝在泵軸上的內磁鋼，使轉子與電機同步旋轉，無機械接觸傳遞扭矩在泵軸的輸入端，由于液體被封閉在靜止的隔離套內，沒有動密封而達到完全無泄漏。
　　正是由于具有完全無泄漏的優點，成功地解決了流體輸送中的跑冒滴漏問題，成為環保工程中十分重要的產品，越來越受到石油化工等易出現環保問題行業的重視，也是進行低壓循環系統吸收塔改造選型的主要理由。
　　磁力泵投用后，消除了氨水泄漏問題，并且具有運行時振動小、噪音低，軸承靠介質液自身進行潤滑，無須加潤滑油等一些優點。但運行一個多月后即出現噪音加大，泵出力減小現象。拆檢發現徑向與軸向軸承均發生磨損，尤其推力軸承石墨部分嚴重損壞，僅殘存一小部分，軸承體及葉輪口環等內件磨損嚴重，不得不進行更換處理。接下來的機泵運行過程中此類現象連續發生，平均時間12個月不等。
　　2　軸承故障原因分析
　　磁力泵軸承系分徑向滑動軸承和止推滑動軸承兩類，分別起著支持轉子旋轉運動和限制軸向運動的作用，同時減少運動摩擦。如圖1所示。
　　滑動軸承為硬質石墨套，套裝在磁力泵軸承體的兩端。止推滑動軸承為配對的相對兩部分，一部分套裝在葉輪上或內磁鋼體上，材質為硬質合金，另一部分與滑動軸承連在一體，安裝滑動軸承即隨之貼在軸承體的外端。軸承的潤滑依靠石墨良好的自潤滑性能，同時在軸承體處開有液流孔，將高壓介質液體引入內磁鋼體與隔離罩之間，以降低由磁渦流及磁滯損失引起的內磁鋼體的溫升，然后液體經泵軸中心孔，一部分冷卻和潤滑軸承，還有一部分回到葉輪入口，起到循環冷卻和潤滑作用。磁力泵的軸向力通過在葉輪上鉆平衡孔、在葉輪前后設置密封環及在軸承體處開有液流孔、將高壓液體引入內磁鋼體與隔離罩之間使轉子在液力作用下自動平衡。
　　磁力泵的軸承系潤滑原理及轉子軸向力平衡原理給磁力泵提供了較完善的理論基礎，因此泵運行初期一般能達到平穩、噪音小、完全無泄漏的良好狀態。但隨著運行時間的推進，止推軸承的缺陷在液體液力的不斷作用下顯現出來。
　　1）液體自動調節并不能使轉子在軸向上承受的推力達到的平衡。這是由于受到液力作用的轉子兩邊在結構上不完全對稱所決定的。由此在任何狀態下，轉子都將受到指向某個方向的總推力，此方向上的止推軸承兩部分壓緊，并相對滑動摩擦。
　　2）在某些情況下，轉子總軸向力增大或者換向導致止推軸承負載增加：① 泵運行工況波動大而導致的。在實際運行中如果運行參數（入口壓力、出口壓力）波動大，破壞磁力泵轉子的液力平衡，使滑動軸承承受較大的徑向力和軸向力；②工藝倒泵所致。工藝吸收塔循環泵設置2臺，一開一備。工藝上為了驗證備用泵是否完好，保證備用泵能隨時啟用，通常半個月進行一次倒泵（即開、備機泵輪流開與停），而磁力泵的每一次開啟或停止，葉輪兩邊液體介質的壓力都有一次短時間內高低調換過程，造成推力短時間內反向切換，此時承受推力的推力軸承受到沖撞。
　　3）由于磁力泵實際運行時軸向力的這些特性，要求止推軸承不僅有良好的耐磨性、硬度等，同時必須具有較高的抗壓強度、韌性、耐擠壓、耐機械沖擊能力。而硬質石墨的抗壓強度和韌性較差，由此在磁力泵運行時易破損、破裂，破片被介質液帶走，在液體的渦流作用下，轉子軸向竄動位移加大，徑向振動加劇，徑向石墨軸承受軸的擠壓、沖擊破損。同時內磁鋼體、軸承體及葉輪密封環等磁力泵內件之間相互摩擦損壞，噪音增強，泵出力減少，直至無法運行。
　　3　處理措施與效果
　　1）選用合適的軸承材料。軸承部位所有摩擦副均采用優質碳化硅。優質碳化硅純度很高，碳化硅含量大于99％，耐氨水腐蝕，具有較高的強度、彈性、韌性及耐磨性，使軸承的抗擠壓、沖擊能力大為提高，使用壽命是其他滑動軸承（如石墨）的10倍以上。
　　2）安裝轉子時選用合適的止推軸承間隙。通過將轉子試裝在軸承體上，并把轉子推向一邊，可測得原有磁力泵的止推軸承兩部分間的Z大間隙（即止推軸承正常時轉子所能產生的Z大軸向竄動量）在0.13～0.15mm之間，將其調整為0.3～0.5mm。這個間隙范圍有利于隙間液膜的形成，減少止推軸承兩部分摩擦副間摩擦，同時降低遭受沖撞時的沖擊力度。
　　3）工藝上優化操作，盡量減少或避免工況大幅度波動；將倒泵周期延長至2個月，盡量減少頻繁倒泵對磁力泵帶來的不良影響。
　　4）改進后的磁力泵在運行時關注了工藝操作，表現出磁力泵固有的特點，同時具有良好的運轉性能，在相當長的時間內免維護，運行可靠，檢修周期達到一年左右，保證了設備的較長周期運行。
　　4　結論
　　1）CQB80-65-125磁力泵的軸承故障原因在于選材不當等，可以通過妥善選材來解決。同時由于磁力泵的特點使其在很多方面又與傳統離心泵不同，所以要在工藝、安裝、操作等方面汲取經驗采取一些措施和途徑，才能保證其更長周期、可靠、平穩運行。
　　2）磁力泵具有振動小、噪音低、安全、高效、節能特性，適用于輸送有腐蝕性的、有毒的、易燃的、易爆的、昂貴的或易汽化的液體等。除此之外，由于具有完全無泄漏的優點，成功地解決了流體輸送中的跑冒滴漏問題，已成為環保工程中不可替代的產品，非常適宜于工作介質或產品成分復雜、裝置運行歷史長久、設備老化嚴重，亟需更新的石油化工等建廠時間長的老企業在改造更新時選用，以改變小機泵環保技術落后的現狀。
來源：《大氮肥》第28卷第1期