多级离心泵平衡装置结构改进

2018-09-12李华政

世界有色金属 2018年13期

李华政

（江西铜业集团武山铜矿，江西瑞昌 332204）

多级离心泵是井下矿山排水应用十分广泛的设备，为了适应矿山排水高扬程的特点，金属矿山井下泵站一般都采用多级离心泵。对同型号不同级数的离心泵而言，级数越多产生的轴向力越大。因此，平衡装置对于多级水泵的正常运行至关重要，其日常维护是水泵检修工作的重要组成部分。如何进一步降低平衡装置备件费用，提高更换效率，减轻维修人员劳动强度是多级离心泵后期维护急待解决的问题。基于此，本文以金属矿山多级离心泵平衡装置结构改进措施及应用效果作为研究对象进行阐述。

1 多级离心泵平衡装置及存在问题

由于多级离心泵中平衡装置易磨损，导致多级离心泵经常出现故障，不仅使得检修效率降低，而且极大程度上提高了维护成本[1]。就目前而言，国内的多级离心泵主要借助于平衡盘达到平衡轴向力的目的。该平衡装置位于水泵出水端的平衡室内，主要由平衡盘和平衡环两部分组成。其中，平衡环是通过螺丝安装固定在泵体上，平衡盘与泵轴、平衡套配合，并通过平键固定在泵轴上，如图1所示。

表1 平衡盘、平衡环

平衡盘结构与各部分承担轴向力，平衡力一部分由径向间隙直径R0至平衡稳盘轴向间隙内半径R1截面上产生，另一部分由平衡盘轴向间隙半径R1到外半径R2截面上产生[2]，如图2所示。在使用过程中，受井下水质含泥砂量的影响，多级离心泵极易出现问题的原因主要在于平衡盘与平衡环磨损。因此，本文通过调查研究井下矿山排水泵站DF280-65＊9型水泵的实际使用情况，总结出了平衡盘、平衡环使用情况（表1）。

图1 平衡盘结构示意图

根据调查发现，更换平衡装置的问题主要下述两个方面：

（1）平衡装置价格昂贵，使用性价比低。前文已经提到，影响多级离心泵易出现故障的主要原因在于平衡装置中的平衡盘和平衡环的磨损问题，因此，在维修过程中只需要更换易磨损的平衡盘和平衡环即可。一般来说，多级离心泵中的平衡环和平衡盘的磨损问题出现在两者之间的接触面上，当两者的磨损量超过4mm后就必须及时更换，否则水泵就会出现电流高、发热等故障。在使用过程中，该装置的更换周期一般为45天左右。由表1可知，每更换一次平衡装置中的平衡盘和平衡环，仅备件投入就高达11112元，其维修成本昂贵，因此多级离心泵平衡装置中的平衡盘和平衡环的使用性价比低。

图2 平衡盘轴向力示意图

（2）平衡盘难拆卸的问题突出，更换效率低[3，4]。通过现场调查发现，井下泵站水仓中所蓄积的井下生产废水，其水质极差，水体内含有较多的泥沙，PH值约为4。多级离心泵在运行过程中，随着运行时间增长，平衡盘与泵轴之间的装配缝隙中残留的泥沙物质逐渐增多。此时，一旦多级离心泵平衡装置出现故障，因泥沙过多而导致平衡盘拆卸极为困难，为设备的维护带来了很大的干扰因素，提高了维护成本。由于经常遇到平衡盘难拆卸的情况，维修人员曾尝试多种解决方法无果后，只能采用热切割的方法将其从泵轴上取出,这种方法不仅增加了维修人员的劳动强度、还降低了维修效率。

2 多级离心泵平衡装置结构改进措施

基于上述实际存在的问题，通过现场调查和结构改进实验，提出了改进措施。将一体式平衡盘加工成分体式平衡盘，具体改进计划见表2。

表2 多级离心泵平衡装置结构改进对策

图3 平衡装置示意图

上文中所说的一体式平衡盘，如图3-a所示。有两个功能，一是提供一个磨损面，二是将平衡盘安装到泵轴上的预定位置后，通过平衡盘上的平衡挡套起到限位作用，以保证平衡盘不会在轴上出现位移。根据现状调查情况，一体式平衡盘磨损量超过4mm后就必须更换，由于平衡挡套与平衡盘为一体式，即使平衡挡套部分未磨损也必须一起更换。为此，提出改进平衡装置结构，将一体式平衡盘加工成分体式平衡盘，如图3-b所示。一是将磨损面单独加工成平衡衬环，通过螺钉固定在平衡盘上，二是将平衡挡套从平衡盘上分离出来，这样可以大大减小了平衡盘和泵轴的接触面积，减少了平衡盘与泵轴之间的摩擦力，有效的缓解了因平衡盘与泵轴之间夹杂较多杂质难拆卸的问题。