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[摘 要]影响泵的长周期平稳运行的关键因素之一就是密封的泄漏。机械密封泄漏的原因有很多，不容忽视的一个原因是轴向窜动量过大，即轴向力平衡不好。
[关键词]离心泵 轴向窜量 轴向力平衡
中图分类号：TP579 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0342-01
单级离心泵在工作时，在叶轮两侧压力差及水流动量变化的作用下会产生轴向力，在轴向力的作用下泵转子会产生轴向窜动，此窜动的大小称为窜动量（或称窜量）。对于装有机械密封的水泵，轴窜量必须控制在适当的范围内。机械密封是依靠装于轴上且垂直于轴作相对轴向滑动的端面（动环）在流体压力和补偿机构的弹簧力作用下与另一端面（静环）保持贴合，并配以辅助密封，从而防止流体泄漏的轴封装置。动环与静环的端面彼此贴合是决定机械密封性能和寿命的关键，必须严格控制端面上的单位面积压力，使密封端面间保持必要的润滑液膜。比压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损比压力过小，泄漏量增加。为了保持适当的端面比压，机械密封的弹簧要有适当的压缩量，因此要求泵在工作时不允许其转子有过大的轴向窜动，一般机械密封规定轴向窜动量小于0.5mm。
我厂为催化裂化装置采购的顶循环回流泵在现场进行单机试运时出现了肉眼可见的轴向窜量，由于在现场没有维修条件，所以联系厂家返厂检修。为了能准确的找到泵出现轴向窜动较大故障的原因，避免盲目的对泵进行解体检修，在厂家对泵进行了再次单机试验。由于厂家试泵站控制柜最大功率为315KW，电流不能超过320A，因此泵入口流量控制在140m?/h，室温29.1℃。运转20分钟，联轴器端轴承温度37.1℃，温升为8℃；泵轴端轴承温度40.6℃，温升为11.5℃，振动值为3.6mm/s，发现泵轴仍存在窜动现象。
运行中的多级离心泵由于轴向力的存在和平衡装置的作用，使泵转子处于动态平衡，即转子不停的左右窜动，窜动量一般在0.10～0.15mm之间，窜动次数在10～15min。从末级出来的带有压力的液体，经过平衡盘和平衡间隙流人到平衡腔，平衡盘后有平衡管与泵的人口相连，其压力近似为入口压力。这样平衡盘两侧压力不相等就产生了向后的轴向推力，即平衡力。平衡力与轴向力方向相反，因而自动地平衡了叶轮的轴向推力。当叶轮的轴向推力大于平衡力时，泵转子就会向入口侧移动，并由于惯性的作用，这种移动并不会立即停止在平衡位置上，而要超出限度，引起平衡盘轴向间隙过量减少，使泄漏量减小，平衡室的压力升高，于是平衡盘上的平衡力增加，超过叶轮的轴向推力，把转子又拉向出口侧。同样这个过程有惯性，使平衡盘的轴向间隙增大，引起平衡力小于轴向推力，转子又向入口侧移动，重复上述过程。一旦泵稳定运行，转子始终是向着进口方向运动，这种运动趋势始终存在。在装配过程中只有用调整止推间隙来控制平衡盘的轴向窜量，也就是将止推窜量的数值控制到小于平衡盘窜量，才可以保证平衡盘不会刮磨到平衡座，在维修过程中，通过测量和车削轴承压盖，将止推间隙控制为0.15～0.20mm。
在装配车间对该泵进行拆检，测量泵轴的实际窜动量。如泵结构图1所示，整个泵轴可窜动量只有驱动端后轴承压盖14与推力轴承19之間的间隙。该间隙是为了保护推力轴承长时间运行，轴承正常运转时需要有适当的游隙，轴承在运转过程中受热膨胀后，如果该间隙过小，止推轴承就会和后轴承压盖压死，导致没有后轴承压盖与推力轴承之间没有游隙，轴承摩擦加剧，温度急剧升高。所以必须在后轴承压盖与推力轴承之间留有一定间隙。正常该泵的间隙的装配工艺标准是0.1mm至0.3mm。该泵第一次测量得到该间隙值为0.5mm，明显超出装配工艺标准值，所以对该间隙值进行了缩小调整。第二次测量得到该间隙值为0.2mm，已复合装配工艺标准。此时，轴向窜量最大值只能是0.2mm。
在试泵台上对该泵进行第二次试验。轴向窜动明显减小，但仍存在。原因分析如下：首先，该规格泵最小连续稳定流量为360m?/h，而无论是在装置现场试车的流量100m?/h左右，还是在厂家试泵站试验流量140m?/h，两者均未能达到最小连续稳定流量规定值，也未能达到允许工作区流量。当泵运行流量低于最小连续稳定流量时，离心泵吸入状态发生紊乱，泵出口压力不稳定，振动、噪音增大，泵轴向力也不稳定，会造成泵轴窜动的现象，但窜动量最大也只能达到上述的0.2mm间隙值，因为从泵的结构上来看，没有其他可以发生窜动的间隙。其次，无论是驱动端还是非驱动端的轴承，温度都没有异常升高，这可以表明轴承的游隙处于正常范围内。如果轴承的游隙发生不正常变小或胀死，轴承的温度早就异常升高了。综合以上论述，造成该顶循环回流泵发生轴向窜动的原因是泵的后轴承压盖与推力轴承之间间隙偏大及试验泵的时候泵流量没有达到允许工作范围，即没有超过最小连续稳定流量360m?/h运行导致的。
参考文献
[1]史维良，魏志刚，李成植.浅谈离心式转动机械轴向力的产生于平衡[J].化学工程与设备.2008（12）
[2]万邦烈，李继志.石油工程流体机械[J].北京：石油工业出版社，1999：：184-186.
[关键词]离心泵 轴向窜量 轴向力平衡
中图分类号：TP579 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）10-0342-01
单级离心泵在工作时，在叶轮两侧压力差及水流动量变化的作用下会产生轴向力，在轴向力的作用下泵转子会产生轴向窜动，此窜动的大小称为窜动量（或称窜量）。对于装有机械密封的水泵，轴窜量必须控制在适当的范围内。机械密封是依靠装于轴上且垂直于轴作相对轴向滑动的端面（动环）在流体压力和补偿机构的弹簧力作用下与另一端面（静环）保持贴合，并配以辅助密封，从而防止流体泄漏的轴封装置。动环与静环的端面彼此贴合是决定机械密封性能和寿命的关键，必须严格控制端面上的单位面积压力，使密封端面间保持必要的润滑液膜。比压力过大，不易形成稳定的润滑液膜，会加速端面的磨损比压力过小，泄漏量增加。为了保持适当的端面比压，机械密封的弹簧要有适当的压缩量，因此要求泵在工作时不允许其转子有过大的轴向窜动，一般机械密封规定轴向窜动量小于0.5mm。
我厂为催化裂化装置采购的顶循环回流泵在现场进行单机试运时出现了肉眼可见的轴向窜量，由于在现场没有维修条件，所以联系厂家返厂检修。为了能准确的找到泵出现轴向窜动较大故障的原因，避免盲目的对泵进行解体检修，在厂家对泵进行了再次单机试验。由于厂家试泵站控制柜最大功率为315KW，电流不能超过320A，因此泵入口流量控制在140m?/h，室温29.1℃。运转20分钟，联轴器端轴承温度37.1℃，温升为8℃；泵轴端轴承温度40.6℃，温升为11.5℃，振动值为3.6mm/s，发现泵轴仍存在窜动现象。
运行中的多级离心泵由于轴向力的存在和平衡装置的作用，使泵转子处于动态平衡，即转子不停的左右窜动，窜动量一般在0.10～0.15mm之间，窜动次数在10～15min。从末级出来的带有压力的液体，经过平衡盘和平衡间隙流人到平衡腔，平衡盘后有平衡管与泵的人口相连，其压力近似为入口压力。这样平衡盘两侧压力不相等就产生了向后的轴向推力，即平衡力。平衡力与轴向力方向相反，因而自动地平衡了叶轮的轴向推力。当叶轮的轴向推力大于平衡力时，泵转子就会向入口侧移动，并由于惯性的作用，这种移动并不会立即停止在平衡位置上，而要超出限度，引起平衡盘轴向间隙过量减少，使泄漏量减小，平衡室的压力升高，于是平衡盘上的平衡力增加，超过叶轮的轴向推力，把转子又拉向出口侧。同样这个过程有惯性，使平衡盘的轴向间隙增大，引起平衡力小于轴向推力，转子又向入口侧移动，重复上述过程。一旦泵稳定运行，转子始终是向着进口方向运动，这种运动趋势始终存在。在装配过程中只有用调整止推间隙来控制平衡盘的轴向窜量，也就是将止推窜量的数值控制到小于平衡盘窜量，才可以保证平衡盘不会刮磨到平衡座，在维修过程中，通过测量和车削轴承压盖，将止推间隙控制为0.15～0.20mm。
在装配车间对该泵进行拆检，测量泵轴的实际窜动量。如泵结构图1所示，整个泵轴可窜动量只有驱动端后轴承压盖14与推力轴承19之間的间隙。该间隙是为了保护推力轴承长时间运行，轴承正常运转时需要有适当的游隙，轴承在运转过程中受热膨胀后，如果该间隙过小，止推轴承就会和后轴承压盖压死，导致没有后轴承压盖与推力轴承之间没有游隙，轴承摩擦加剧，温度急剧升高。所以必须在后轴承压盖与推力轴承之间留有一定间隙。正常该泵的间隙的装配工艺标准是0.1mm至0.3mm。该泵第一次测量得到该间隙值为0.5mm，明显超出装配工艺标准值，所以对该间隙值进行了缩小调整。第二次测量得到该间隙值为0.2mm，已复合装配工艺标准。此时，轴向窜量最大值只能是0.2mm。
在试泵台上对该泵进行第二次试验。轴向窜动明显减小，但仍存在。原因分析如下：首先，该规格泵最小连续稳定流量为360m?/h，而无论是在装置现场试车的流量100m?/h左右，还是在厂家试泵站试验流量140m?/h，两者均未能达到最小连续稳定流量规定值，也未能达到允许工作区流量。当泵运行流量低于最小连续稳定流量时，离心泵吸入状态发生紊乱，泵出口压力不稳定，振动、噪音增大，泵轴向力也不稳定，会造成泵轴窜动的现象，但窜动量最大也只能达到上述的0.2mm间隙值，因为从泵的结构上来看，没有其他可以发生窜动的间隙。其次，无论是驱动端还是非驱动端的轴承，温度都没有异常升高，这可以表明轴承的游隙处于正常范围内。如果轴承的游隙发生不正常变小或胀死，轴承的温度早就异常升高了。综合以上论述，造成该顶循环回流泵发生轴向窜动的原因是泵的后轴承压盖与推力轴承之间间隙偏大及试验泵的时候泵流量没有达到允许工作范围，即没有超过最小连续稳定流量360m?/h运行导致的。
参考文献
[1]史维良，魏志刚，李成植.浅谈离心式转动机械轴向力的产生于平衡[J].化学工程与设备.2008（12）
[2]万邦烈，李继志.石油工程流体机械[J].北京：石油工业出版社，1999：：184-186.