浅谈碳黑洗涤泵断轴原因及措施陈怀渝孟超春贺力奇孔晨辉（乌鲁木齐石化公司化肥厂，新疆乌鲁木齐，830019）从维修装配上制定措施。分析振动增大的原因，并采取相应措施，提出对泵的改造。

　　1概述碳黑洗涤泵（41HP5）断轴事故由来已久，从渣油型厂建厂初期就存在，而且周期性的发生，从未彻底解决过。乌鲁木齐石化公司化肥厂次发生严重事故是在1988年，累计断轴约10台。经对运行状况的分析，发现造成频繁断轴的原因：①泵低流量运行，实际流量只有设计流量的50左右；②泵入口介质压力低、温度高，造成汽蚀。

　　通过对工艺的改造，在泵入口处原一号灰水闪蒸罐（411W1-1）处并联了二号灰水闪蒸罐（4113-V1-2），保证了入口流量的稳定，降低了工况波动对泵的影响，效果比较明显。在1994~1995年期间又发生了一次严重事故，这次事故的主要原因是因为工艺车间为了节约用水，将烧嘴冷却水换热器（4112-E2）渣油汽换热器（41HE2）加热蒸汽的冷凝液直接通入了4113-P5入口。此冷凝液夹带蒸汽，致使泵的工况恶化，使泵产生汽蚀。另外，国产轴的材质和加工工艺不能达到设计要求，导致了事故的发生。这次事故累计换泵约15台。

　　工艺车间切出4112-E2加热蒸汽的冷凝液后，同时提高泵的装配精度并且采用进口轴，有效的控制了断轴事故的发生，使泵的平均运行周期达到18个月。1998年化肥厂大检修后，411P5运行又开始恶化，频繁发生断轴、烧瓦、振动高、电流增大等异常情况，平均运行周期不到30天，短运行时间仅24小时。自1998年11月至2000年2月累计断轴18台，再次成为化肥厂连续安全生产的一大障碍。影响41HP5运行周期的因素比较多，从设备的维修和装配上考虑，分析研究断轴原2断轴原因分析2.1主要问题4113-P5在运行当中出现的主要问题是，在运行较短时间后，其振值迅速增加，居高不下，终导致停泵检修甚至断轴。振值高都发生在出口侧，即推力盘段和靠近对开环段处，断轴处几乎都在泵轴的推力盘处和对开环处。

　　2.2受力分析4113-P5在运行当中泵转子受到的力主要是推力，4113-P5为多级离心泵，叶轮直径为350mm.在运行当中，进出口压差较大，可以达到9.8MPa因而会产生较大的推力，泵入口接4113——V1，所以压力波动受4113-V1的影响。由于4113-V1含有大量的蒸汽冷凝液，同时4113-E2的六组疏水器泄漏，造成4113-V1系统压力波动，从而造成4113-P5入口压力波动较大，产生了较大的推力波动。推力由推力盘和平衡活塞共同承担（如所示），这两处所受到推力简单计算如下：F总推力=F平衡活塞+F推力盘F总推力=CP出口*P入口）X（S叶轮*S轴）F平衡活塞=（P出口一P平衡水）X（S平衡活塞一S轴）*推力；P*压力；一横截面积；叶轮直径=350mm，平衡活塞直径=150mm，轴径= 78mm，通过计算可得：收到修改稿日期：⑴1一化工设备与机械专业，从事设备维修工作多年，现任乌石化化肥因厂维修车间工程师u电话：13039467622.大氮肥（P出口一P入口）1500XCP出口一P入口）其余推力由推力盘承受。由此可知推力大部分由推力盘承受（）。进出口压差每增加0.IMPa总推力约增加8000N其中平衡活塞增加约1500N，推力盘增加约6500N.因此，压差的波动对推力的影响非常明显。泵轴在推力盘处受力大，而此处截面积小，所以该处应力远大于其它处。

　　平衡活塞受到的推力终作用在泵轴的对开环处，推力盘受到的推力均匀作用泵轴的该段，这两处是泵轴应力大处。因此断轴主要发生在这两处，而这两处应力都是由于推力而产生的，因而可以认为断轴的原因是由于工况波动时，推力有了较大的增加而导致。

　　2.3断轴的产生和原因按照设计要求，泵转子的推力大部分由推力盘承受。推力盘处轴径远小于对开环处，因此，如果泵在运行中总推力增大，或者平衡活塞平衡推力的能力下降，都会导致推力盘承受超出设计能力的负荷。泵轴在推力盘处为轴径细处，对于材质均匀的轴而言，该处受到的应力大，因此先达到强度极限而断裂。

　　自1998年大检修和DCS改造后，当工况波动时，泵的进出口压差发生变化，首先产生的影响就是使4113-P5的总推力增大，这是一个致命的影响。当推力盘承受过大推力时，推力盘和推力轴承的安装精度对泵的运行就起着至关重要的作用，这个安装精度包括推力盘与泵轴的垂直度，和推力轴承的安装精度。

　　推力盘的安装精度越高，推力盘工作面上受到的推力就会分布的越均匀，如果推力盘和泵轴的垂直度降低，就会导致推力盘受到的推力不均匀的分布，一方面会使接触面的油膜比压增大，引起轴承温度升高，烧瓦的可能性增大，同时振动明渐增大居高不下的原因之一。更为严重的是不均匀分布的力对泵轴产生力矩从而引起了交变应力，而且交变应力随正应力增大而增大。推力越大，推力盘和推力轴承的安装精度越差，这个交变应力就越大。在交变应力和正应力的同时作用下，泵轴就会迅速达到疲劳极限而断裂，轴肩处较大的圆弧可适当增加该处的强度，加粗轴的推力盘处可适量延长运行周期。

　　在41HP5的所有断轴事故中，有约80都是在轴的推力盘处断裂，对发生事故的泵轴该处进行组织分析，材料已达到疲劳极限，这就是一个明显的交变应力破坏的例证。

　　4113-P5断轴的另一种情况是从对开环处断裂，这大约占断轴事故总数的20左右。

　　4113-P5在运行过程中，由于碳黑水介质的温度较高，使转子产生热膨胀，如果膨胀得不到释放，叶轮、级间间隔套、平衡活塞的热膨胀会产生应力，这种热膨胀力是相当大的。轴上各膨胀部件与轴采用H7/j96配合，因此应力在该段轴上可认为是均匀分布的（如）。如同推力一样，这个应力的作用终使泵轴在受力段细处，即对开环处首先达到抗拉极限而断裂。

　　如果对开环的两半环厚度不一致，那么热膨胀力就会大部分甚至全部都作用在较厚的半环上。这样就产生了力矩，该力矩使泵轴在该处有弯曲的趋势，就会使径向轴承的油膜失稳，导致轴承温度升高，振值居高不下；同时以径向轴承为支点在该段轴处产生力矩，结果就有交变应力作用在该处，从而引起该处断轴。明显的证据就是该处断轴的断面都是由较厚一半对开环一侧开始断裂。

　　3相应措施从4113-P5的断轴情况可以看出，应力是决定运行周期的关键，这包括正应力和交变应力。降低应力的措施有以下几点：轴加粗后，强度提高，抗疲劳损坏的能力有所增强，但泵轴在推力盘处可加粗的范围很有限。另外，加粗该处会使断轴位置转移到其它薄弱处，如对开环处。这种事故曾多次发生。这种方法只能略微提高运行周期，倒角，退刀槽易引起应力集显增大这也是4运行段时间后振值逐中为断处，增大该处圆弧可明显提高该处陈怀渝等。浅谈碳黑洗涤泵断轴原因及措施的抗疲劳极限能力。加粗轴可一定程度提高抵抗正应力能力。选用了强度较高的材质和更先进的加工工艺，使泵轴的强度明显提高。但是这都不能从根本上解决问题。

　　2）提高推力盘和推力轴承的安装精度首先推力盘和推力承轴的几何精度必须达到技术要求，推力盘工作面对泵轴的垂直度必须达到要求，推力轴承的精度由推力轴承的自身精度和瓦座的精度来实现，尽可能降低工作面对轴产生的力矩，这样就可以减少交变应力。

　　实验证明，材料抵抗正应力的能力远远高于抵抗交变应力的能力。在相同数值的这两种应力下，承受正应力的构件的运行周期往往是承受交变应力的构件的几倍甚至几十倍。轴径的增加使泵轴抵抗正应力能力的提高远大于抗交变应力能力的提高。4113-P5的断轴是在正应力和交变应力共同作用的结果。在4113-P5的断轴事故当中，交变应力破坏的占有很大比例。提高推力盘和推力轴承的安装精度比加粗轴径的效果好，尤其是在过大推力的情况时。

　　保证膨胀量可防止热应力的产生，通常控制在05~1.2mm.由于该数据难以测量，一定要多次测量确保数值；另外必须选择厚度一致成对的对开环，这样可以杜绝该处的交变应力。这两点都比较容易做到，而且效果很显著。这两项措施实行后，从对开环处断轴的事故再也未发生过。

　　引起4113-P5在较短运行周期断轴的主要原因是过大的推力，要从根本上解决问题，只能通过减少推力盘受到的推力来实现。从工艺上考虑，减小系统压力波动可以保证较稳定的推力。从装配上考虑，减小平衡活塞与节流衬套间隙，可以使推力盘受到的推力相对波动较小。目前的问题是泵受到的总推力增大了，必须对411P5进行较大改造，以增大它的平衡能力，才能适应现有工况。增大平衡活塞的平衡面积可以提高泵的平衡推力的能力，同时泵轴应加粗以提高机械强度。

　　4降低振动剧会导致泵的运转恶化，振值升高时轴受到的应力明显增大，使材料强度余量减少，产生蠕变，同时降低泵对工况波动的适应力和防喘振能力，也加快了交变应力的破坏，降低了运行周期。在装配过程中，要尽量降低易引起振值升高的因素。

　　机械摩擦是引起振动加剧的根本原因，减小径向轴承间隙可在一定程度上降低振动。由于泵轴对径向轴承有自摩削作用，可保持良好接触。

　　油膜内的滑移作用力很小，径向轴承的摩擦可以不考虑。4113-P5在运行中很少发生径向轴承烧瓦事故。

　　泵在运行中，速度较高，负荷较大，泵轴可视为挠性轴处理。在装配过程中，叶轮口环间隙和级间衬套间隙的控制是为了保证较低的泄漏和回流，在每次的检修中都可见到口环上有明显的磨痕，可见在运行中，口环还起到了一定的对挠性轴的支撑作用，类似滑动轴承的作用，因此会产生摩擦。可对各口环的摩擦进行分析（如）。

　　4113~P5口环示意图在叶轮口环处，线速度大，且力臂比较长（R=100mm）会产生较大的摩擦力矩；相反，级间衬套处线速度小，力臂小（r=45mm），产生的摩擦力矩较小。

　　4.2降低振动的措施表1 41135间隙表名称间隙范围佳间隙一级叶轮口环二到七级口环级间衬套间隙级间衬套与轴平衡活塞与轴推力盘与轴推力间隙膨胀余量转子总窜转子分窜径向瓦侧隙径向瓦顶隙油封间隙瓦背紧力4.1振动的产生及影响很明显，级间衬套对耐摩环的摩擦力远小于振动是导致断轴的另！重要原因振动的加叶轮口环所产生的。因此在装配时应保证级间大氮肥衬套间隙小于叶轮口环间隙，见表1.当发生摩擦时，首先使级间衬套摩擦，这样就可以保证较小的摩擦力。叶轮口环处较大摩擦力还有可能使口环脱落，41HP5在运行中多次发生由于叶轮口环的摩擦脱落而引起的事故，采取这项措施后，再未发生过类似事故。

　　现有的各口环都是以毛坯进厂，在安装时都需进行车削配制，因此会产生同心度的误差，使各口环的实际间隙小于设定间隙，在运转时导致摩擦增大，甚至产生交变应力破坏。因此必须严格保证各回转件的同心度。4113-P5的隔板止扣是配制该口环的基准，导叶的外圆可作为基准面，这样就可以保证同心度，大限度降低口环间的摩擦，各口环一定要点焊牢固，防止脱落。

　　5总结目前服役的4113-P5是针对现有工况重新设计的。改型后的泵主要增大了其平衡推力能力，选用更优良的材质，同时很大程度加粗了轴径以提高泵轴的强度，并在泵的入口加了导液轮。同时优化了工艺参数，现已连续安全地运行了18个月，没有出现异常。

　　（上接第330页）可以关闭，既保持了一段炉实际的水碳比又降低了脱碳过高的热负荷，同时又可提高EC-101的出口温度，从目前的420C提高到500G提高了一段炉的入口温度80*C，使气体在炉管的3m区内尽早发生反应，相当于加长了炉管，有效地提高了炉管的利用率，可以起到提高甲烷转化率、降低消耗、提高氢气纯度的作用。