全面解析泵的结构和原理

水博网2019-05-29 19:54:26

所谓泵就是把原动机(例如电机)的机械能(大多数是指动能)转换给液体变成液体的势能或动能的机械。泵的类型很多,由于离心泵具有结构简单、体积小、质量轻、流量稳定易于制造和便于维护的优点所以应用较广泛。

根据使用要求,离心泵可以按照叶轮数目分为单级泵和多级泵。按叶轮吸液方式可分为单吸式和双吸式。


    

下面我们简单介绍一下炼油厂普遍使用的一种化工流程泵(单吸单级悬臂式离心泵)的结构(如下图):





2 离心泵的拆卸:



2.1  离心泵的拆卸的安全要求:


1、落实工作票上的安全措施(钳工车间《六个不干、一个不接、一个复检》的制度)。


2、拆卸大型机泵前,必须检查工具、起重机械(如倒链、天车、钢丝绳)是否完好。


2.2  离心泵的拆卸的基本条件:


熟悉结构、尤其是对复杂机泵或新型机泵,拆卸前必须察看图纸或说明书,了解各零部件的作用和相互关系和旋转方向,避免盲目拆卸。 


做好标记,避免调错。拆卸前必须对相邻零件或联接零件做好标记,避免回装时装反或质量不均衡引起振动(如轴上的多条键、联轴器等)。打记号时应在非工作面上打记号。


认真测量检修前数据、做好记录。如泵与电机的找正数据。


拆卸顺序合理。先拆机泵的附属件(辅助管线、循环冷却水系统、连轴器等),后拆主机,先拆外部,后拆内部、先拆上部后拆下部。


拆卸前要选用合适工具,必要时要设计和制作专用工具,拆卸时不允许乱敲、乱打,要保护好所有的螺纹、配合面及轴的顶尖孔。


零件要摆放整齐,便于装配。


2.3 离心泵的拆卸顺序:


1、拆卸联轴器护罩的固定螺栓,取下联轴器护罩。

2、在联轴器上做好标记(旧泵则应复对标记),并测量泵与电机的找正数据。

3、拆卸联轴器螺栓。

4、拆卸冷却水管。

5、拆卸机械密封压盖螺栓,放出密封内残留的液体。

6、将轴承箱内的润滑油放出。

7、拆泵盖与泵壳联接螺栓。

8、吊出泵体。

9、拆叶轮背帽、叶轮。

10、拆泵悬架与泵盖联接螺栓,拆下泵盖。

11、拆泵端联轴器对轮。

12、松开泵轴承箱前、后压盖。

13、拆下泵轴承箱(拆卸前应装上叶轮背帽,避免轴头螺纹损坏。)

14、拆轴承背帽,拆轴承,取出轴承压盖。

15、拆下密封轴套。及轴套上的动环。

16、检查和清洗各零部件,并准备好需更换的零部件及材料。



3 离心泵的检查



3.1泵轴的检查:


3.1.1先用煤油对泵轴进行清洗,用砂纸将泵轴表面打光,检查表面是否有沟槽和磨损,同时检查轴上的键槽的磨损情况,如键槽磨损过大,可在泵轴对面1800处重开键槽。


3.1.2  对于关键机泵, 如有必要可用超声波或磁性探伤或着色检查泵轴内部是否有裂纹。


3.1.3  检查泵轴的弯曲度,一般应在室温下,将泵轴放在车床上测量最方便,精度也可以满足要求,一般我们采用v型铁作支撑架放置在平台上进行测量,应保持轴本身的水平度。允差小于0.01mm.具体测量方法如下:


(1)将轴断面划分为四等分或六等分(如下图)。

(2)确定轴向测量点。一般取装旋转零件等重要部位为测量点(如前、后轴承、叶轮、机械密封、联轴器等)(如下图)。



(3)用百分表逐点测量园断面上各个径向跳动量,或用若干百分表同时测量几个点。百分表要位于通过轴中心线的同一平面内,表杆接触的轴表面要选择在正园和无损伤处。按工作时的旋转方向使轴旋转一周,若各表指针都能回到原位,便可进行测量工作。测量出每个方位各表所在的跳动量(即相对位置的最大值与最小值之差),列于表格中。

(4) 计算各点的弯曲度,即为对称1800两等分的径向跳动量之差的一半。

(5) 将各点同一方位的弯曲度化成弯曲曲线。

(6) 分析最大弯曲部位与方位。


举例如下图:先画出一直角坐标系,纵坐标表示弯曲值,横坐标表示轴全长和各测量断面间距离,根据同一方位(比如1-5方位)个表对应断面处的弯曲值在对应的纵坐标上标出相应的弯曲值,便得到n1、 A`、n3、 n4、 n5、 n6 、B`、n8等诸点。将诸点(以多数为准)与弯曲值为零的A`、B`点相连,得两条直线且交于C点,则此点即为近似的最大弯曲点。在于C`两侧多装几只百分表,仔细测量轴的弯曲情况,将所测得弯曲值标在相应断面的纵坐标上便可得到较密集的若干点,将诸点连成平滑曲线与两直线相切则构成一条真实轴弯曲曲线。从该曲线上可找出该方位的最大弯曲点C在轴上的位置弯曲度的大小。


用同样方法可找出2-6、3-7、4-8等各方位的最大弯曲点和弯曲度大小,所有弯曲度中最大者才是轴的真正最大弯曲度。


如果最大弯曲度不是刚好位于所画的某一方位上,比如位于1-5和-6之间,那么只要把轴端圆周的等分分的多些就可以精确地求出最大弯曲度。


若轴是整段单向弯曲(即一个弯),则最大弯曲点一定在诸方位曲线的同一断面上。若轴是多段异向弯曲(即多个弯),也用同样方法测量和绘制弯曲曲线,只不过是各段的最大弯曲点在不同方位的不同断面上。


3.2 叶轮的检查


1)检查叶轮口环磨损情况,如叶轮口环磨损在范围之内,则可以在车床上用胎具胀住叶轮内孔,对磨损部位进行修车,(要保证叶轮口环的外圆与内孔的同心度),但口环磨损严重,超过规定口环间隙范围,就必须进行更换。口环间隙的标准范围如下表:

泵类

口环直径

泵体口环与叶轮口环的间隙值

标准间隙

更换间隙

冷油泵

<100

0.40---0.60

1.00

≥100

0.60—0.70

1.20

热油泵

<100

0.60—0.80

1.30

≥100

0.80—1.00

1.50


2)检查叶轮叶片和表面是否有气蚀损坏的现象,如叶片仅有微小空洞,不会对流量和扬程造成影响则不必更换,否则必须进行更换。


3)检查叶轮键槽、键以及叶轮与轴的配合,叶轮长期使用,多次拆装,叶轮与轴或叶轮键槽与键的配合变松,影响叶轮的同心度,是泵运行时产生振动。如发现叶轮与轴配合太松,检查叶轮或轴的磨损情况,对磨损超差的进行更换。若叶轮键槽与键配合太松时刻在叶轮原来键槽相隔120。处重开键槽并重新配键。


3.3 轴承的检查


1)滚动轴承装配前先将轴承中的防锈油或润滑脂挖出,然后将轴承放在热机油中使残油熔化,再用煤油冲洗,并用白布或压缩空气吹干。


2)滚动轴承清洗后,应检查以下各项;轴承是否转动灵活、轻快自如,有无卡住现象;轴承间隙是否合适;轴承是否干净,内外圈、滚动体和隔离圈是否有锈蚀、毛刺、碰伤和裂纹;轴承内圈是否与轴肩精密相靠;轴承附件是否齐全。如有问题则进行更换。


3)检查轴颈和轴承体时,主要用千分尺或游标卡尺测量轴颈及轴承体孔的椭圆度和圆锥度及其与轴承的配合是否符合要求。另外检查轴颈圆角与轴承内圈是否相符合。检查轴肩和轴承孔的端面跳动量,其数值不应超过规定值。否则进行更换。

部位

径向跳动值

轴颈

轴套

口环

跳动值

≤0.02

≤0.05

0.08-0.12


3.4 机械密封的检查


现以常用的单端面波纹管机械密封为例(如下图):


1)轴套与轴间的密封;  

2)动、静环间密封

3)静环与静环座间的密封;

4)密封端盖与泵体间的密封。


检查轴套密封面是否磨损,如有磨痕、凹坑  就必须进行更换。如仅有锈蚀,则用金相砂纸将轴套表面打磨光洁。


检查密封压盖密封面是否有严重磨损,如有则进行更换。


更换动、静密封环和动、静密封垫圈,和轴套、压盖垫子,因为这些密封件密封面的磨损往往是肉眼无法发现的,垫圈是一次性配件,必须进行更换。


检查定位环和轴套及压盖螺栓螺纹,如磨损严重就进行更换。


3.5泵壳、壳体口环、轴承悬架等固定件的检查


1)裂纹的检查  泵壳、轴承悬架经过清洗后,必须检查是否有裂纹,检查方法一般采用手锤轻敲泵壳,如发出沙哑声,说明泵壳已有裂纹。为进一步检查,可用煤油涂于泵壳、轴承悬架上,让煤油渗入裂纹中,再将表面上的煤油擦掉后涂上一层白粉,随后用手锤再次敲击泵壳、轴承悬架,裂纹内的煤油就会渗出并浸湿白粉,呈现出一道黑线,由此可以判断裂纹的端点。如裂纹的部位在不承受压力或不起密封作用的地方,为防止裂纹继续扩大,可在裂纹的始末两端各钻一个直径为3mm的圆孔,以防止裂纹继续扩展。如果裂纹出现在承压部位,必须进行补焊。除此以外,还可以用磁粉探伤法。



4 离心泵的装配



4.1 离心泵的装配的基本要求:


离心泵的装配时按拆卸相反方向进行,但装配时,都应注意以下几个问题:


1)清洗干净,检查配合  离心泵装配以前一定要把所有的零件清洗干净,并检查各配合面有无毛刺,各相互配合的零件是否符合配合要求,若有不符合之处,装配之前一定要处理好,否则会影响装配的进度甚至破坏配合面。


2)加油润滑,顺序装配   装配所有相配合的零件时,其配合面上一定要加一些润滑油进行润滑。装配顺序要合理,防止错和漏。千万不能想当然地进行装配。


3)看清图纸,对号入座  离心泵各种零件都有它相对位置,装配时一定要看清楚原来拆卸时所做的记号。对于比较复杂的离心泵,最好还是根据泵的装配图对号入座来装配。


4) 对称用力,均匀上紧 不管装任何零部件,凡是需要出力的地方都必须对称用力,这是装配最基本常识。例如把滚动轴承或联轴器装入泵轴就必须两边对称打,只打一边就会装不进去。上紧泵盖螺栓时,必须对称且均匀上紧。一般分几次上紧,这样才能保证所有的连接螺栓上的紧而且均匀。


4.2 滚动轴承的装配


1)滚动轴承在离心泵中起着很重要的作用,如果装配不合理,间隙调整不当,将会引起轴承承载能力降低,产生噪音及发热,结果加速机泵的磨损,严重时造成停车。


因此应当正确选用轴承和合理选择其配合并认真地、正确地进行装配。


2)离心泵普遍配置两组轴承:一对单列向心推力圆锥滚子轴承(7000型)背对背安装,一个单列向心推力球轴承(6000型)。


3)滚动轴承的装配应根据轴承的结构,尺寸大小和轴承部件的配合性质而定。但不管用什么方法,轴承装配时,其作用力应直接加在紧配合的座圈端面上,不能通过滚动体传动力量,否则会在轴承工作表面造成压痕,影响轴承正常工作,甚至会使轴承很快损坏。


4)滚动轴承一般分为冷装法和热装法,当轴承和轴颈或轴承孔配合过盈量较小时可以用冷装法装配,即采用压力机或手锤或铜棒轻敲来装配,当轴承和轴颈或轴承孔配合过盈量较大时可以用热装法装配,即用油温加热或用轴承加热器进行加热装配。一般离心泵轴承装配多采用冷装法,即用手手锤或铜棒轻敲来装配,装配7000型或6000型轴承时可将内外圈分开进行装配,装内圈时可在轴承端面上垫上一软金属材料的装配套管(软钢或铜管)如下图,外圈也一样。


5)轴承间隙的检查。轴承装配后一定要认真仔细的检查轴承间隙是否符合要求。检查方法有以下几种:


a) 凭经验检查。可用手指放在轴和法兰盖接口处,然后用撬杠往复拨动转子,凭手的感觉就可以知道轴承间隙的大小,如果转子质量小就可以用手拨动。这种方法很方便,不过需要有多年经验才能准确判断间隙大小。


b)  用百分表检查。把百分表装在轴的端部,用撬杠往复拨动转子,使它往复移动,百分表上指针摆动的范围,就是轴承的轴相间隙。


c)用塞尺检查。先将轴向一端推紧,直到此端没有任何间隙为止,然后再用塞尺伸入另一端轴承斜面间隙中,塞尺伸入的深度,应超过滚动体长度的1/2,检查的部分要在轴承的正上方,量出最大间隙,在用公式换算成轴承的轴向间隙。


公式:c=a/2sinβ;    e=2tgβ.c


式中 β----外座圈的圆锥半角,对7000型的轴承, β=11~16。 a-----塞尺测量外座圈的内表面和滚子表面之间的垂直距离a。


6)轴承间隙的调整。这种轴承的轴向间隙和径向间隙之间成正比例关系,所以只要调整好轴向间隙。就可获得所需的径向间隙。这种轴承一般是成对使用的,因此只要调整一只轴承的轴向即可。


调整这种轴承的间隙最常用的是垫片调整法。如下图,先把轴承压盖处原有的垫片全部撤出,然后一面慢慢拧紧压盖螺栓,一面用手缓慢转动轴,当感觉到轴转起来发紧时,就停止拧紧螺栓(此时轴承内无间隙),并用塞尺测量压盖和轴承体端面之间的间隙k。最后在压盖处加上厚度为k+c(轴向间隙)的垫片,拧紧螺钉后,轴承内就有轴向间隙c(此是需要的间隙)


注:当要有高的转动精度或工作温度较低或轴的长度较短时,取较小的值;当转动精度较低或工作温度较高或轴的长度较长时,取较大的值;在比较重要的情况下,必须校验轴的受热伸长量,必要时可采用超过表中所规定的最大轴向间隙值。


4.3 叶轮的装配


1)根据用途不同叶轮也有热装法和冷装法两种,一般冷油泵和水泵的叶轮与轴的配合为方便拆卸起见,一般采用新国标为H7/h6,装配时,一般先要测定其与轴的实际配合是否符合实际要求。若符合要求,则只要先用砂纸将锈或毛刺擦去,然后涂上机油,即可按要求装到轴上。若叶轮与轴的配合太松或太紧,都不太合理,必须处理合格才准装配。


热油泵的叶轮与轴的配合考虑到热膨胀问题,一般采用新国标为H7/js6,叶轮的加热方法可用机油加热,也可用蒸汽加热,。这里特别指出:叶轮与键的配合,或键与轴的配合都应有一定的过盈量,否则导致离心泵振动。


4.4联轴器的装配


1)联轴器的装配也有冷装法和热装法,这要视其用途、及其与轴的配合以及轴孔大小而定。热油泵、锅炉给水泵一般用H7/K6的配合,冷油泵,水泵一般用H7/js6,对于小型水泵、冷油泵,联轴器轴孔在30mm下或其配合的过盈量很小,用冷装法即可,在检修现场装配时,往往用紫铜棒垫着打比较方便。


5.1 机械密封工作原理和泄漏方式


机械密封又称端面密封,它具有泄漏量小、密封可靠、功率消耗少、维修工作量少及寿命长等优点,所以在炼油工业中得到广泛的应用。机械密封是靠与泵轴一起旋转的动环端面和静环端面间的紧密贴合,产生一定比压(4~6公斤/厘米2)而达到密封的。


机械密封装置包括转动部分和静止部分。转动部分的动环套在轴套(或泵轴)上,与轴套(或泵轴)之间的间隙为0.30~0.50毫米,它由弹簧或波纹管压紧在静环的端面上。动环与轴套(或泵轴)、静环与泵盖间的密封是通过密封圈或密封垫子实现的。 


密封腔内的液体在泵工作时是具有压力的,这个压力加上弹簧压力可使旋转的动环与静环两者的端面保持紧密贴合。在这两个端面上所产生的比压便阻止了液体的漏失。弹簧或波纹管可保证在停泵时压力降低的情况下使两摩擦面间保持接触,同时也可补偿这两个摩擦表面在轴向的磨损,起到自动调节间隙的作用。


机械密封的结构型式很多,不同结构的机械密封,适用于不同的工作条件(温度、压力、物料性质、转速等)。我厂机泵的机械密封种类较多,型号各异,例如单端面波纹管型机械密封(见图)。但不论那种密封其泄漏点主要有四处:l)轴套与轴间的密封;2)动、静环间密封;3)静环与静环座间的密封;4)密封端盖与泵体间的密封。


一般来说,轴套外伸的轴间、密封端盖与泵体间的泄漏比较容易发现和解决,但需细致观察,特别是当工作介质为液化气体或高压、有毒有害气体时,相对困难些。其余的泄漏直观上很难辩别和判断,须在长期管理、维修实践的基础上,对泄漏症状进行观察、分析、研判,才能得出正确结论。 


4.5.2 机泵机械密封泄漏原因分析及判断方法


1.2.1 安装静试时泄漏原因分析及判断方法


机械密封安装调试好后,一般要进行静试,观察泄漏量。

泄漏量较小,——多为静环密封圈存在问题。

泄漏量较大——多为动、静环摩擦副间存在问题。


在初步观察泄漏量、判断泄漏部位的基础上,再手动盘车观察,若泄漏量无明显变化则静、动环密封圈有问题;如盘车时泄漏量有明显变化则可断定是动、静环摩擦副存在问题。


如泄漏介质沿轴向喷射,则动环密封圈存在问题居多,泄漏介质向四周喷射或从水冷却孔中漏出,则多为静环密封圈失效。


此外,泄漏通道也可同时存在,但一般有主次区别,只有观察细致,熟悉结构,才能正确判断。


1.2.2 试运转时出现的泄漏原因分析及判断方法


机械密封经过静试后,运转时高速旋转产生的离心力,会抑制介质的泄漏。因此,试运转时机械密封泄漏在排除轴间及端盖密封失效后,基本上都是由于动、静环摩擦副受破坏所致。



    

引起摩擦副密封失效的因素主要有:



1)操作中,因抽空、气蚀、憋压等异常现象,引起较大的轴向力,使动、静环接触面分离;

2)安装机械密封时压缩量过大,导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;

3)动环密封圈过紧,弹簧无法调整动环的轴向浮动量;

4)静环密封圈过松,当动环轴向浮动时,静环脱离静环座;

5)工作介质中有颗粒状物质,运转中进人摩擦副,探伤动、静环密封端面;

6)设计选型有误,密封端面比压偏低或密封材质冷缩性较大等。


上述现象在试运转中经常出现,有时可以通过适当调整静环座等予以消除,但多数需要重新拆装,更换密封。 


机械密封运行一段时间后,动环与静环都会磨损,离心泵在运转中突然泄漏少数是因正常磨损或已达到使用寿命。在不正常的情况下,如输送物料中含有颗粒杂质、弹簧压力不均匀,动静环安装偏斜等,都会导致机械密封失效而造成泄漏,并使动环、静环很快磨损或产生偏磨现象。


而大多数是由于工况变化较大或操作、维护不当引起的。 


1)抽空、气蚀或较长时间憋压,导致密封破坏;

2)对泵实际输出量偏小,大量介质泵内循环,热量积聚,引起介质气化,导致密封失效;

3)回流量偏大,导致吸人管侧容器(塔、釜、罐、池)底部沉渣泛起,损坏密封;

4)对较长时间停运,重新起动时没有手动盘车,摩擦副因粘连而扯坏密封面;

5)介质中腐蚀性、聚合性、结胶性物质增多;

6)环境温度急剧变化;

7)工况频繁变化或调整;

8)突然停电或故障停机等。


在这几种情况下,一般动、静环摩擦副都受严重破坏,基本上都需要重新拆装,更换密封。


4.5.3 机泵机械密封检修中的几个误区



误区一:弹簧压缩量越大密封效果越好。



实际上弹簧压缩量过大,可导致摩擦副急剧磨损,瞬间烧损;过度的压缩使弹簧失去调节动环端面的能力,导致密封失效。



误区二:动环密封图越紧越好。



其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损,过早泄漏;二是增大了动环轴向调整、移动的阻力,在工况变化频繁时无法适时进行调整;三是弹簧过度疲劳易损坏;四是使动环密封圈变形,影响密封效果。



误区三:静环密封圈越紧越好。



静环密封圈基本处于静止状态,相对较紧密封效果会好些,但过紧也是有害的。一是引起静环密封因过度变形,影响密封效果;二是静环材质以石墨居多,一般较脆,过度受力极易引起碎裂;三是安装、拆卸困难,极易损坏静环。



误区四:叶轮锁母越紧越好。



机械密封泄漏中,轴套与轴之间的泄漏(轴间泄漏)是比较常见的。一般认为,轴间泄漏就是叶轮锁母没锁紧,其实导致轴间泄漏的因素较多,如轴间垫失效,偏移,轴间内有杂质,轴与轴套配合处有较大的形位误差,接触面破坏,轴上各部件间有间隙,轴头螺纹过长等都会导致轴间泄漏。锁母锁紧过度只会导致轴间垫过早失效,相反适度锁紧锁母,使轴间垫始终保持一定的压缩弹性,在运转中锁母会自动适时锁紧,使轴间始终处于良好的密封状态。



误区五:新的比旧的好。



相对而言,使用新机械密封的效果好于旧的,但新机械密封的质量或材质选择不当时,配合尺寸误差较大会影响密封效果;在聚合性和渗透性介质中,静环如无过度磨损,还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态,使聚合物和杂质沉积为一体,起到了较好的密封作用。 



误区六:拆修总比不拆好。



一旦出现机械密封泄漏便急于拆修,其实,有时密封并没有损坏,只需调整工况或适当调整密封就可消除泄漏。这样既避免浪费又可以验证自己的故障判断能力,积累维修经验提高检修质量。