關(guān)于攀鋼熱軋板廠漩流池泵站立式長(zhǎng)軸液下泵存在問(wèn)題分析及其改造
【摘要】對(duì)攀枝花鋼鐵公司軋鋼廠立式長(zhǎng)軸液下氧化鐵皮泵使用壽命短的原因進(jìn)行分析，對(duì)原立式長(zhǎng)軸液下氧化鐵皮泵設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了改進(jìn)，使漩流池泵站立式長(zhǎng)軸泵壽命大大延長(zhǎng)。
【關(guān)鍵詞】長(zhǎng)軸泵；立式長(zhǎng)軸泵；橡膠導(dǎo)軸承；潤(rùn)滑；改造
1概述
攀鋼熱軋板廠漩流池泵站安裝有國(guó)內(nèi)某水泵廠于上世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的600la一40長(zhǎng)軸
立式氧化鐵皮泵共3臺(tái)(q=3 000 m／h、h：40 m、泵的總長(zhǎng)6 954 mm，配用電機(jī)功率n：475 kw、，l=740 r／min)，其結(jié)構(gòu)形式為：葉輪浸沒(méi)水中，采用導(dǎo)流器集流，泵軸和內(nèi)、外管分為多節(jié)，中間采用聯(lián)軸螺母聯(lián)接。橡膠導(dǎo)軸承采用護(hù)管結(jié)構(gòu)，起限制泵軸擺動(dòng)和吸振作用，由填料函處注入清水潤(rùn)滑冷卻。整泵是由中心旋轉(zhuǎn)體部分和泵體部分組成。泵體部分是由濾網(wǎng)、導(dǎo)流器、外管、內(nèi)護(hù)管、導(dǎo)軸承、底座、出口彎管、軸承箱和電機(jī)座等組成。其結(jié)構(gòu)因當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)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(shí)甚至僅運(yùn)行200 h就得被迫搶修。備件消耗和檢修費(fèi)用極大，泵站運(yùn)行極為被動(dòng)，給軋線的正常生產(chǎn)帶來(lái)極大隱患。
2水泵運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題
水泵經(jīng)檢修運(yùn)行一段時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)泵體振動(dòng)且逐漸加劇。同時(shí)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(dǎo)流器、上下密封環(huán)、橡膠導(dǎo)軸承、軸承等磨損嚴(yán)重，同時(shí)出現(xiàn)泵軸彎曲、導(dǎo)軸承座支撐架斷裂、護(hù)管兩端不銹鋼環(huán)嚴(yán)重磨損、濾網(wǎng)聯(lián)接螺栓絞斷脫落等現(xiàn)象。從泵的結(jié)構(gòu)及零部件損壞情況來(lái)看，主要原因是泵中心旋轉(zhuǎn)體徑向擺動(dòng)造成。
根據(jù)離心泵的設(shè)計(jì)原理和《泵裝置手冊(cè)》等參考文獻(xiàn)分析，介質(zhì)作用在葉輪徑向力的合力為零，那么葉輪徑向磨損及振動(dòng)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(shè)計(jì)參數(shù)及檢修規(guī)程表明：由葉輪軸懸臂結(jié)構(gòu)引起的橫向繞度極小，不是葉輪等零部件磨損的主要原因。而從檢修更換下來(lái)的橡膠軸承燒粘和磨損量來(lái)看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)定范圍。很明顯，冷卻水潤(rùn)滑不良，加速了橡膠軸承磨損量的不斷增大，引起葉輪旋轉(zhuǎn)體橫向偏移量迅速增加，很快導(dǎo)致葉輪和導(dǎo)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(dòng)平衡狀態(tài)受到破壞，造成葉輪輪緣磨損而觸發(fā)振動(dòng)，振動(dòng)引起其它零部件磨損的惡性循環(huán)，使得此泵運(yùn)行的故障和事故頻繁發(fā)生。為此，針對(duì)問(wèn)題的主要矛盾和現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)橡膠導(dǎo)軸承水潤(rùn)滑參數(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
3橡膠導(dǎo)軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)
水潤(rùn)滑橡膠軸承作為立式長(zhǎng)軸泵的中間導(dǎo)軸承，比金屬軸承壽命長(zhǎng)，吸振性能好，成本相對(duì)較低，特別是能極大地簡(jiǎn)化長(zhǎng)軸承的結(jié)構(gòu)。缺點(diǎn)是導(dǎo)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(rùn)滑，因此，潤(rùn)滑參數(shù)的合理設(shè)計(jì)和選取是個(gè)關(guān)鍵。
3．1原潤(rùn)滑設(shè)計(jì)參數(shù)的不足之處
原泵橡膠導(dǎo)軸承的潤(rùn)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(hù)管內(nèi)依次往下流人到個(gè)導(dǎo)軸承，最后從葉輪平衡孔流出，潤(rùn)滑路線長(zhǎng)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(rùn)滑水象水簾一樣被拋在較熱的護(hù)管內(nèi)壁，到達(dá)個(gè)導(dǎo)軸承時(shí)，水溫已上升較高。按原設(shè)計(jì)的壓力為0．3 mpa，流量0．5 l／s的水潤(rùn)滑參數(shù)，可能滿足不了全部橡膠導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑要求，必須進(jìn)行校核和設(shè)計(jì)。
3．2潤(rùn)滑冷卻水流量校核及計(jì)算
由《葉片泵設(shè)計(jì)手冊(cè)》得，單個(gè)橡膠導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑冷卻水計(jì)算公式為：
q= cldu3/2／(427△t)
式中：q——冷卻水量，l／s；
u— — 軸承內(nèi)軸頸圓周速度，m／s；
f——橡膠軸承長(zhǎng)度，am；
d——橡膠軸承內(nèi)徑，cm；
c——系數(shù)，由軸徑圓周速度查有關(guān)資料得c=0．1533：
427—— 熱功當(dāng)量；
△t冷卻水溫升△t=50一t1；
t1—— 潤(rùn)滑冷卻水可能的溫度，取值49℃ 。
代人上式得：q=0．78(l／s)
潤(rùn)滑水壓力的準(zhǔn)確計(jì)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(chǎng)橡膠軸承潤(rùn)滑設(shè)計(jì)規(guī)范，選取比泵的實(shí)際出口壓力高0．05～0．1 mpa冷卻水壓力，就可滿足需要。實(shí)測(cè)本泵的出口壓力為0．35 mpa，所以應(yīng)選取潤(rùn)滑冷卻水壓力為0．4 mpa是*可以達(dá)到本泵要求的。
3．3潤(rùn)滑冷卻水系統(tǒng)設(shè)計(jì)改造方案
原設(shè)計(jì)的流量和壓力，均小于現(xiàn)場(chǎng)橡膠軸承水潤(rùn)滑的實(shí)際要求。為了*改變水泵潤(rùn)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(duì)每個(gè)橡膠軸承單獨(dú)供水，確保潤(rùn)滑效果。同時(shí)選取合理的潤(rùn)滑水參數(shù)：?jiǎn)为?dú)總供水量q=5q=5×0．78=3．9 l／s=14 m／h，按標(biāo)準(zhǔn)，選取q=15 m／h揚(yáng)程日=40 m的管道泵即可。
4其他改進(jìn)措施
通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑冷卻水的供給方式及水壓、水量進(jìn)行改進(jìn)后，在理論上能保證橡膠軸承的潤(rùn)滑要求，但水泵的運(yùn)行壽命與泵本身的結(jié)構(gòu)、檢修質(zhì)量有很大關(guān)系。對(duì)此，我們與水泵進(jìn)行以下幾個(gè)方面的改進(jìn)，以確保泵的使用壽命超過(guò)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(zhuǎn)動(dòng)時(shí)始終會(huì)有不平衡的離心力引起的振動(dòng)，當(dāng)不平衡量大時(shí)也會(huì)造成整體泵的振動(dòng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，采取葉輪下方進(jìn)水口處增加一支點(diǎn)，有效地避免了徑向擺動(dòng)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(duì)中性不高，且螺紋聯(lián)接方式復(fù)雜，安裝、拆卸較困難，存在安裝時(shí)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(dòng)的套筒聯(lián)軸器連接，傳動(dòng)可靠，裝拆方便。
4．3另對(duì)一些零部件的材質(zhì)進(jìn)行了改進(jìn)，使之更能滿足水泵的運(yùn)行要求和降低備件費(fèi)用。如濾網(wǎng)材質(zhì)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(zhì)由不銹鋼改為鑄鋁黃銅材質(zhì)以降低備件費(fèi)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(rùn)滑性能和使用壽命。
5實(shí)際效果與結(jié)論
通過(guò)對(duì)漩流池1。600la一40長(zhǎng)軸泵從結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等多方面的改進(jìn)，該泵的運(yùn)行壽命由原來(lái)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(zhǎng)，從而減少了維修工作量，節(jié)省了維修費(fèi)用。