關于攀鋼熱軋板廠漩流池泵站立式長軸液下泵存在問題分析及其改造

【摘要】對攀枝花鋼鐵公司軋鋼廠立式長軸液下氧化鐵皮泵使用壽命短的原因進行分析，對原立式長軸液下氧化鐵皮泵設計缺陷進行了改進，使漩流池泵站立式長軸泵壽命大大延長。

【關鍵詞】長軸泵；立式長軸泵；橡膠導軸承；潤滑；改造

1 概述

攀鋼熱軋板廠漩流池泵站安裝有國內某水泵廠于上世紀80年代設計、生產的600LA一40長軸

立式氧化鐵皮泵共3臺(Q=3 000 m ／h、H：40 m、泵的總長6 954 mm，配用電機功率N：475 kW、，l=740 r／min)，其結構形式為：葉輪浸沒水中，采用導流器集流，泵軸和內、外管分為多節(jié)，中間采用聯(lián)軸螺母聯(lián)接。橡膠導軸承采用護管結構，起限制泵軸擺動和吸振作用，由填料函處注入清水潤滑冷卻。整泵是由中心旋轉體部分和泵體部分組成。泵體部分是由濾網(wǎng)、導流器、外管、內護管、導軸承、底座、出口彎管、軸承箱和電機座等組成。其結構因當時國內客觀條件限制存在許多不足，在熱軋板廠的使用中故障頻繁，使用壽命一般在1 000 h左右。有時甚至僅運行200 h就得被迫搶修。備件消耗和檢修費用極大，泵站運行極為被動，給軋線的正常生產帶來極大隱患。

2 水泵運行中存在的主要問題

水泵經(jīng)檢修運行一段時間后，就會出現(xiàn)泵體振動且逐漸加劇。同時伴隨著較大噪音。經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)葉輪葉片及輪轂、導流器、上下密封環(huán)、橡膠導軸承、軸承等磨損嚴重，同時出現(xiàn)泵軸彎曲、導軸承座支撐架斷裂、護管兩端不銹鋼環(huán)嚴重磨損、濾網(wǎng)聯(lián)接螺栓絞斷脫落等現(xiàn)象。從泵的結構及零部件損壞情況來看，主要原因是泵中心旋轉體徑向擺動造成。

根據(jù)離心泵的設計原理和《泵裝置手冊》等參考文獻分析，介質作用在葉輪徑向力的合力為零，那么葉輪徑向磨損及振動的主要原因是離心力變化增大的影響，還是橡膠軸承磨損量增大所致?根據(jù)泵廠提供的水泵設計參數(shù)及檢修規(guī)程表明：由葉輪軸懸臂結構引起的橫向最大繞度極小，不是葉輪等零部件磨損的主要原因。而從檢修更換下來的橡膠軸承燒粘和磨損量來看，遠遠大于規(guī)定范圍。很明顯，冷卻水潤滑不良，加速了橡膠軸承磨損量的不斷增大，引起葉輪旋轉體橫向偏移量迅速增加，很快導致葉輪和導流器及密封環(huán)直接擦。由于離心力的逐漸加大，葉輪原有的動平衡狀態(tài)受到破壞，造成葉輪輪緣磨損而觸發(fā)振動，振動引起其它零部件磨損的惡性循環(huán)，使得此泵運行的故障和事故頻繁發(fā)生。為此，針對問題的主要矛盾和現(xiàn)場的具體情況，應重點對橡膠導軸承水潤滑參數(shù)和結構進行改進。

3 橡膠導軸承潤滑系統(tǒng)的改進設計

水潤滑橡膠軸承作為立式長軸泵的中間導軸承，比金屬軸承壽命長，吸振性能好，成本相對較低，特別是能極大地簡化長軸承的結構。缺點是導熱性能差，工作溫度須在65℃ 以下要連續(xù)不斷地以較低溫度清潔冷卻水潤滑，因此，潤滑參數(shù)的合理設計和選取是個關鍵。

3．1 原潤滑設計參數(shù)的不足之處

原泵橡膠導軸承的潤滑系統(tǒng)為串聯(lián)供水形式，即從泵上部填料函處接人壓力清水，順護管內依次往下流人到最后一個導軸承，最后從葉輪平衡孔流出，潤滑路線長近6 m，由于軸線回水溫度一般在38℃ 以上，加上軸頸圓周速度u很大( u=3．14dn／60=3．14×0．12×740／60=4．64 m／s)．

潤滑水象水簾一樣被拋在較熱的護管內壁，到達最后一個導軸承時，水溫已上升較高。按原設計的壓力為0．3 MPa，流量0．5 L／s的水潤滑參數(shù)，可能滿足不了全部橡膠導軸承的潤滑要求，必須進行校核和設計。

3．2 潤滑冷卻水流量校核及計算

由《葉片泵設計手冊》得，單個橡膠導軸承的潤滑冷卻水計算公式為：

q= cldu^3/2／(427△t)

式中： q——冷卻水量，l／s；

u— — 軸承內軸頸圓周速度，m／s；

f——橡膠軸承長度，am；

d——橡膠軸承內徑，cm；

c——系數(shù)，由軸徑圓周速度查有關資料得c=0．1533：

427—— 熱功當量；

△t 冷卻水溫升△t=50一t1；

t1—— 潤滑冷卻水可能的最高溫度，取值49℃ 。

代人上式得：q=0．78(L／s)

潤滑水壓力的準確計算必須綜合考慮橡膠軸承通道中沿程損失和局部水力損失等因素，一般現(xiàn)場橡膠軸承潤滑設計規(guī)范，選取比泵的實際出口壓力高0．05～0．1 MPa冷卻水壓力，就可滿足需要。實測本泵的出口最高壓力為0．35 MPa，所以應選取潤滑冷卻水壓力為0．4 MPa是完全可以達到本泵要求的。

3．3 潤滑冷卻水系統(tǒng)設計改造方案

原設計的流量和壓力，均小于現(xiàn)場橡膠軸承水潤滑的實際要求。為了徹底改變水泵潤滑不良的狀況，更有效減小橡膠軸承的磨損，我廠與水泵廠合作，采取并聯(lián)供水的方式，對每個橡膠軸承單獨供水，確保潤滑效果。同時選取合理的潤滑水參數(shù)：單獨總供水量Q=5q=5×0．78=3．9 L／s=14 m ／h，按標準，選取Q=15 m ／h揚程日=40 m的管道泵即可。

4 其他改進措施

通過對潤滑冷卻水的供給方式及水壓、水量進行改進后，在理論上能保證橡膠軸承的潤滑要求，但水泵的運行壽命與泵本身的結構、檢修質量有很大關系。對此，我們與水泵進行以下幾個方面的改進，以確保泵的使用壽命超過3 000 h以上。

4．1 水泵的葉輪是懸臂安裝，在鑄造、加工以及水流等因素影響下，葉輪在轉動時始終會有不平衡的離心力引起的振動，當不平衡量大時也會造成整體泵的振動。為了解決這個問題，采取葉輪下方進水口處增加一支點，有效地避免了徑向擺動現(xiàn)象。

4．2 原水泵葉輪與軸之間的聯(lián)接為螺紋聯(lián)接。多軸螺紋聯(lián)接方式使軸的對中性不高，且螺紋聯(lián)接方式復雜，安裝、拆卸較困難，存在安裝時要二次加工，安裝精度不易保證，為此，軸的聯(lián)接采用甲殼式鍵傳動的套筒聯(lián)軸器連接，傳動可靠，裝拆方便。

4．3 另對一些零部件的材質進行了改進，使之更能滿足水泵的運行要求和降低備件費用。如濾網(wǎng)材質原為不銹鋼，現(xiàn)改為碳鋼，聯(lián)接螺栓由碳鋼改為不銹鋼。葉輪密封圈材質由不銹鋼改為鑄鋁黃銅材質以降低備件費用。橡膠軸承由普通硬橡膠改為凡事可橡膠，以提高軸承的自潤滑性能和使用壽命。

5 實際效果與結論

通過對漩流池1。600LA一40長軸泵從結構及材質等多方面的改進，該泵的運行壽命由原來小于1000 h提高到3300 h以上。特別是葉輪和橡膠軸承等易損件使用壽命大大延長，從而減少了維修工作量，節(jié)省了維修費用。