煤气化装置碳黑洗涤塔给料泵平衡盘结构设计分析.

煤气化装置碳黑洗涤塔给料泵平衡盘结构设计分析陕两渭河煤化Ｊ：集团有限责任公司王为峰吴平凡摘要通过对转子轴向力和平衡力的计算以及转子的运动状态分析，阐述了气化装嚣碳黑洗涤塔给料泵转子部件损坏的原因，原设计的止推轴承足否合理和必要，对转子的耪｛坏处理及泵正常运行提出ｒ相血的对策。

关键词碳黑洗涤塔给料泵平衡盘平衡力轴向力１设备简介陕西渭河煤化工集团有限责任公司气化装置碳黑洗涤塔给料泵是气化装置的关键没备之一，其作用是将碳黑洗涤塔给料槽中的闪蒸冷凝液以及尿素装置返回的１＝艺冷凝液加压，并与高压闪蒸罐Ｉ＇人ｊ蒸汽换热后送往碳黑洗涤塔，进而参与对气化炉出口工艺气的洗涤。

正常生产中一开一备，一旦在用泵故障跳车，即启动备用泵，保证生产正常运行。

该泵由沈阳水泵厂制造，型号Ｉ）Ｆ２００—１００×大修时，决定将Ｊ卜推轴承拆除．泵一商正常运行至２００４年ｌＯ月７日，平衡管压差高达０．６ＭＰａ，泵内灰水介质ｆｌｌ轴封填料处人越泄漏，无法继续运行。

现场打表测量泵的总串量达到１０．５ｍｍ，设计要求值为（４±１）ｌｌｌｎ．１．上次大修时总串量为３．３ｍｍ，计算可知平衡盘的磨损量已经很大，达到７．２ｌｎｎｌ，随即解体大修。

将泵拆回检修厂房解体后发现．前４级叶轮及第ｌ、２级隔板均严重磨损，已不能恢复使用。

其他各级叶轮、隔板也均有不同程度的磨损？叶轮口环间隙、平衡盘的径向间隙均在要求范围内。

分析其原因，认为足平衡盘磨损后，由于平衡盘自动平衡轴向力的特性，在运行中平衡盘会自动移动以保持其必要的平衡间隙，所以转子即由高压端向低压端移动．其移动量等于平衡箍的磨损镀。

经过长期的运行后，．该位移值超过了叶轮‘ｊ隔板的距离．使得动、静部件发生碰撞磨损。

对于这个分析结果，存在一些／１ｉ同的看法，另一种观点认为泵转子部件的损坏主要是因为拆除ｒ原来的止推轴承所致．因此，有必要讨论一下该泵设置止推轴承的合理性。

泵高压端装配图见图１。

２１９８，为平衡盘式８级分段式离心泵，两端滑动轴承支承，油浴润滑．并在高压端轴头设置背靠背止推轴承（轴承型号７２１５ＢＥＣＢ），泵的性能参数见表１。

表１性能参数表介质紫７氅７荣Ｍ力Ｐａ紫Ｍ力Ｐａ扬２／毪喜７羹兽！。

Ｈｒ乙ｍＫＷｒ．ｎｍｌ‘２９８５灰水２２０１１００．２２７．４８（】５６２７２设备损坏原因分析该泵自投入运行始，一直伴随着止推轴承的发热现象，多次涮整轴承间隙及更换轴承均无法消除该现象，后来怀疑加设止推轴承的必要性及合理性。

在２００３年１月１３Ｉ：１图１泉高胍端装配阿１｝＊０，｝甲衡＆，卜７№鼓，４一＾％叶轮．５ｍ拇轴承，６轻Ｈ轴脏在设计上况点ｒ，对该泉转ｒ的轴向力及其平衡力进行计算。

３轴向力和平衡力的计算３．１轴『ｒｊ力计算已知数据如下：酋级叶轮ｒＩ环直径（外径）Ｄ“＝１８８２一次级叶轮ｎ环直径（外径）Ｄ。

ｄ＝１８４ｒａｍ首级Ⅱｔ轮进口直径Ｄ．１：１６０ｒ㈣次级叫轮进ｎ直杼Ｄａ＝１５５ｒ啪轮箍直径Ｄｎ＝１００舢１叶轮直径Ｄ２＝２８０Ｊｎｍ容积效率仉＝Ｏ９６７由泄漏量ｑ＝２ⅡＲ】６２（２９ｋＡｐ／｝２艚）”！＝２ＩＪｓ。

相对泄漏量ｑ／Ｑ＝３３％，所以玑＝０９６７。

水／Ｊ教率矶＝７／７。

机＝ｏ７７６／０９６７×０８８＝０９０．・Ｆ衡盘直径Ｄ。

＝２４４ｍｍ平衡盘轮箍直径Ｄ７＝１跚ｒ帅介质（灰水）密度ｐ＝１０５０×ｌ—ｋｇ／ｍ３１）叶轮的角速度Ⅲ＝２Ⅱ，｝／６０＝２ｘ２９８５Ⅱ／６０＝３１２４３ｒａｄ／ｓ２）单级叶轮的势扬程ｈ产ｈ，（１一时ｔ／２“｛）２２０式巾＾．＝＾ｊ／玑＝８０５：８／０８８；１１１８ｍ时轮的线速度Ｍ２＝ⅡＤ！ｎ／６０＝０２８×２９８５ｒｒ／“）＝４３７ｍ／ｓ。

将以上数值代人得：ｈ，．＝ｈｃ（１一咖Ｉ／２Ｈｉ）＝７９７ｍ３）轴向ｊＪ①首缀叶轮盖板力Ａ。

＝艚ｎ（Ｒ：；＿一Ｒ｝）｝ｈｒ［暖（砩＋矾）／２］“２／Ｓｇ｝代人以ｒＬ钏数值¨』得Ａ，＝１２７６３Ｎ动反力Ａ２＝（０７＿，）２Ｐ／ｚ（孵一峨）代人已知数值ｕＩ得Ａ！＝３４０Ｎ首级叶轮轴向力Ａ＝Ａｌ—Ａ：＝１２４２３Ｎ③次级叶轮盖板力ＡＩ’＝倍ｎ（蠊一Ｒ｝）｛ｈ厂【鹧一（戚＋月：）／２］∞！／８９｝代人次级叫轮卡¨应数据可得Ａ－＝Ｉ】９６２Ｎ动反力Ａ：’＝（ｐ７玑）２Ｐ／ｚ（Ｒｊ一娥）同样代八相应数据可得Ａ：＝３８０Ｎ敬级叶轮轴向力Ａ’＝Ａｌ’一Ａ２’＝Ｊ１５８２Ｎ所以转干总的轴向力＾一＾＋（ｔ一”＾７＝９３４９７Ｎ３．２平衡力的计算平衡盘结构示意罔见同２平衡力Ｆ＝５×△Ｐ２式中：Ｓ平衡盘面秘；Ａｐ，一轴向间隙压力降，△＾＝Ｐ３Ｐ４。

罔２平衡甜结构４；意罔１）、卜衡盘面积ｓ＝ｎ（Ｒ｝Ｒ】“代人已知数据口ｆ得ｓ＝００３ｍ２２）ＡＰ２的计算末级叶轮出口处压力Ｐ２＝［ｈｌ（，一１）＋ｈｐ］偌代人前面已知数据可得Ｐ２＝８３９８ｋＰａ末级叶轮后泵腔中径向间隙ｂｌ进口处的压力Ｐ，Ｐ３＝Ｐ２—１／４・（ｕ；一ｕ｝／２９）Ｐｇ式中：ｎ，＝４３．７ｍ／ｓｏ平衡盘轮箍处线速度ｌ‘ｈ＝丌Ｄ１’ｎ／６０＝２３．４３ｍ／ｓ代入可得Ｐ３＝８２１９ｋＰａ已知Ｐ６＝２００ｋＰａ所以，总压力降△Ｐ＝Ｐ３一Ｐ６＝ｋＰａ。

３）平衡盘灵敏度系数Ｋ的计算该泵为３间隙平衡盘Ｋ＝ｌ÷（１＋△ＰＩ／△尸２＋△Ｐ３／△Ｐ２）ＡＰｌ／△Ｐ２＝｛（１＋；Ｉ’＋．：Ｌ１Ｌｌ／２ｂ１）÷［＆’＋８１（１一Ｂ１）Ａ２Ｌ２／２ｂ２＋Ｂ｝］｝×尺｛６ｉ／础６ｆ式中：“、＆７一进口阻力系数，查表可得其ＡＩ、Ａ２一摩擦阻力系数，通常取其值为Ｂｊ２ＲＩ／Ｒ２；．６ｌ一径向间隙，ｂｌ－０．２５ｍｍ；６２一轴向间隙，ｂ２＝０．０８～０．１０ｍｍ，取ｂ２＝０．１０ｍｍ；６３一外径向间隙，ｂ３＝０．２５ｍｍ；．叩～圆角系数。

代人相应数值得△Ｐｌ／Ａｐ２＝１．６Ａｐ３／ＡＰ２＝ｆ３砰６；／ｒ２磁６｝Ａ３Ｌ３８｝６ｉ／２６３ｂ；＋骈６；／６；代人相应数据得：｝３＝６．７弘＝善２’＋ＢＩＡ２Ｌ２／２ｂ２＋Ｂｉ代入相应数据得：ｆ２＝６．２由以上可得：ＡＰ３／ＡＰ２＝０．１所以：Ｋ＝ｌ／（１＋１．６＋０．１）＝０．３８’则平衡力Ｆ＝Ｓ×Ｋ×ＡＰ，＝９３８２２Ｎ从轴向力Ａ与平衡力，相比较可以看出，两者数值是大致相等的，微小的差异来自于平衡盘以及叶轮部件的尺寸误差。

从以上计算即可以看出，轴向力与平衡力是完全平衡的，泵在起动时虽然也会产生向高压端的反冲力，但在正常运行时，这个力是很小的，而且被轴向力抵消，可不予考虑。

所以，该泵装设的止推轴承是不必要的。

平衡盘间隙增大后，平衡力会相应减小。

假设平衡盘磨损掉０．０１ｎｌｌｎ，即ｂ２增大为ｍｍ，重新计算平衡力Ｆ’。

首先重新计算Ｋ值由计算可得△Ｐｌ／ＡＰ２＝２．１，△尸３／△Ｐ２＝０．１３Ｋ＝１／（１＋０．１３＋２．１）＝０．３则此时平衡力Ｆ’＝２１７１Ｎ那么由轴承所承担的轴向载荷为Ａ—Ｆ’＝２１．６５ｋＮ。

由《滚动轴承手册》查得７２１５ＢＥＣＢ型角接触球轴承允许轴向载荷２０．１ｋＮ，显而易见在平衡间隙增大０．０１ｌｎｌｎ的情况下，轴承所承担的轴向载荷已经超过了其允许值，加上该轴承采用油浴润滑，自然会产生发热现象，长期运行必然导致异常损坏。

’由该泵累计运行时间超过６０００ｈ，平衡盘的实际磨损量约８ｍｌＴｌ，则可计算出大约７ｈ左右平衡盘磨损量就为０．０１ｉｌｌｌｎ。

这就不难理解为什么泵运行不久就会出现轴承发热的现象。

平衡盘象一个浮动的液体润滑轴承，它能自动平衡轴向力，这是因为平衡盘径向和轴向两个间隙相辅相成的结果。

２２ｌ８０１９４止推轴承载荷的计算０．１ｌ值为０．２；０．０４—０．０６：式中：善３＝ｏ．５叩＋Ａ２Ｌ２ＢＩ／２ｂ２＋曰｝＋５平衡盘的运动分析离心泵工作时，当轴向力大于平衡力时，泵的转子就会向吸人口方向串动，使平衡盘轴向力间隙ｂ减小，增加液体的流动阻力，因而减少ｒ泄漏量ｑ。

泄漏懂减少后，液体流过径向Ｉｋ】隙的压力降减小，从而提高了平衡盘前面的压力Ｐ４，即增加－ｒ平衡盘的平衡力。

随着平衡盘向吸人侧移动，平衡力逐渐增加，当平衡盘移动到某一位置时，平衡力与轴向力相等而达到平衡。

同样，当轴向力小于平衡力时，转子将向右移动一定距离后，轴向力与平衡力达到新的平衡。

由于惯性，运动着的转子不会立刻停在新的平衡位置上，而足继续移动促使平衡破坏，造成转子向相反方向移动的条件。

在实际运行中，泵的转子永远也不会停在某一位置，而是在某一平衡位置作左右轴向脉动。

由于泵的１＝作点改变和密封环磨损等原因，转子会自动地移到另一平衡位置作轴向脉动。

可『见，平衡箍的丁作过程，是处于运动平衡的过程，平衡是暂时的、相对的。

鉴于此，装设平衡盘的泵一般不配备止推轴承，否则２２２会限制平衡盘的自动平衡特性。

对于碳黑洗涤塔给料泵这种以灰水为介质的多级泵，平衡盘的磨损相对于洁净介质的磨损量要大一些，所以平衡艋在自我调整的过程中，转子的移动量也相应较大，但是该泵装设的Ｉ｝：推轴承却限制了转子的自动平衡移动，使轴承轴向载倚过大，使得止推轴承发热。

６检修处理结果及结论检修时更换－ｒ全部８级叶轮及口环、隔板、耐磨环、平衡盘以及平衡套。

装平衡盘前测量轴串量为７．９ｍｍ，符合要求值（８±１）ｎｌｌｎ，装平衡盘后测联轴节反向串量３．３ｍｍ，亦符合要求值（４±１）ｍｉｌｌ。

泵运行后压力、流量、平衡管压力、振动均达到了检修技术要求。

所以，对于碳黑洗涤塔给料泵这种以灰水为介质的多级泵，心在运行２至３个月以后，定期检合平衡盘的磨损鼍，或在运行中，操作人员通过观察轴位移的刻度指示来判断转子的移动量和平衡盘的磨损量。