张磊 王艳辉（兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州730060）

干气制乙苯屏蔽泵P202轴套磨损故障分析

张磊 王艳辉（兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州730060）

本文通过对超低比转速屏蔽泵的计算，以干气制乙苯屏蔽泵P202为基础计算在小流量的情况下受径向力情况，以及该径向力造成的轴套磨损的理论性分析。对该设备的故障最终判断和设备改进提供依据。

超低比转速；径向力；轴套磨损；

一、概述

1.简介

屏蔽泵P202主要用来输送原料苯，是该干气制乙苯装置的关键设备，该装置主要工艺是将炼油厂重油催化装置生产中生成的干气通过与苯原料的反应来生产乙苯，该设备能否正常运转决定着装置生产的稳定。

2.现状调查

该设备为大连帝国屏蔽电泵有限公司生产的屏蔽泵。具体参数如下：

型号BA23-716J4BM-0810W1-H

表1 设备参数

自装置开工以来设备经常发生故障。设备运转4-8个小时后，轴承振动监测指示表由原来的绿区变为黄区，甚至达到红区。检修人员解体后主要发现石墨轴承磨损，不锈钢轴套表层烧损，推力盘磨损严重。

二、原因分析

该设备的不锈钢轴套和推力盘在短时间内磨损较大，说明存在很大的径向力和轴向力。从设备运行参数看，该设备的流量小扬程高，根据比转速计算公式：，计算出该设备理论工况下的比转速为28.73＜30（标准离心泵比转速范围30-300）［1］。设备为超低比转速离心泵。如果按照常规的设计，设备的性能容易发生很大的偏差，运行工况将远远偏离最佳工况。通过调查发现，该设备现运行工况为Q=37m3/h，远远低于设计工况。

1.实际扬程计算

理论上流量与扬程，功率成线性关系，则建立线性方程可以计算出现有流量下的扬程H。［2］

将实验数据带入求得：

则计算出现有工况下的扬程为H=198.51m

2.径向力计算：

按径向力经验公式

式中：Q0——设计流量Q——实际工作流量

H——泵的扬程B2——叶轮出口总宽度

D2——叶轮外径γ——液体重度

计算得径向力Fr=2431.69N，对于石墨轴承而言，径向力有些偏大。

三、计算石墨轴承摩擦产生的热量

由于在现有低流量的情况下产生的径向力通过旋转成为不锈钢轴套的摩擦力矩，这力矩造成不锈钢轴套升温。现通过计算求出升高温度。

1.用福格波尔（Vogelphol）理论计算摩擦因数μ

1）计算索氏数

式中：

S0——无纲量数群，索氏数ψ——相对间隙

B——轴承宽度d——轴颈直径

η——动力粘度（Pa·s）ω——角速度（rad/s）

n——转速（r/min）F——轴承外载荷F=PA

P——润滑介质压力（Pa）

A——润滑介质水平面上的界面投影（m2）

根据现场测量与查找相关资料得到数据：

Ψ=0.5mm；B=120mm；d=90mm；η=0.4mPas；ω=2πn/60= 303.687rad/s；

P=2.0MPa（叶轮出口循环液压力）；A=0.0108m2；F=0.0216×106N；

则计算出索氏数s0=4.116

2）计算摩擦因素

对于重载或低速运转的轴承，利用福格波尔根据许多实验结果得到的最终公式计算。［3］

得到：μ=0.003。

2.计算摩擦力做功

摩擦力做功为：W=Mθ

式中，M——摩擦力矩

θ——一定周期内的转动角度

计算出摩擦力矩M=0.33Nm

1 分钟转过角度θ=18221.24rad

则1分钟摩擦力做功W=6013J

3.计算摩擦力做功使轴套升温的影响

根据热力学公式Q=cmΔt可以计算出轴套升高温度。

c不锈钢轴套的比热容c=500J/kg℃

m不锈钢轴套的质量

m=ρV=7.93*103kg/m3×π×（0.0902m-0.0702m）/4×0.12m=2.39kg

则升高温度Δt=5.032℃

而不锈钢的熔点温度为1440℃，现运转时初始温度为60℃

达到熔点只需要t=（1440-60）/5.032=274min≈5h

也就是在这种非标准工况下，连续运转5小时轴套表面就会发生熔化。这与现状相符。

四、低流量下超低比转速泵的影响

通过计算我们可以得出低流量下，超低比转速泵的径向力增大，更容易造成石墨轴轴承与不锈钢轴套的损坏。

现阶段的解决方法只有重新设计选型。在对设备进行选型设计时，尤其屏蔽泵中，低比转速尤其是超低比转速泵，在水力设计时，应充分考虑到径向力对石墨轴承寿命的影响。

［1］余良俭.超低比转速屏蔽泵轴承失效分析及力的平衡研究［J］.石油化工设备技术，2007.28（5）：31-35.

［2］田嘉猷.离心泵流量-扬程特性曲线方程的计算［J］.铁道标准设计，1985（10）：27-30

［3］张宪文，陆天炜，吴鹿鸣.滑动轴承摩擦因数的实验研究［J］.机械制造与自动化，2009（12）：50-51，89.