《煤气化装置碳黑洗涤塔给料泵平衡盘结构设计分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤气化装置碳黑洗涤塔给料泵平衡盘结构设计分析（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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， 对转子的耕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 二艺冷凝液加压，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
2、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 ) F2 0 01 0 Ox大修时，决定将J卜推轴承拆除泵一商正常运行至2 0 0 4年10月7曰，平 衡管压差高达0 . 6MP a,泵内灰水介质f 1 1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1 0.5mm，设计要求值为(41 )1 1 1 n 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 . 2 1 n n 1 ,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1、 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
3、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 T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。2 1 98,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7 2 1 5
4、 B EC B),泵的性能参数见表1 O表1性能参数表介质紫7蹩7荣M力P a紫M力P a扬2 /毬喜7羹兽！。H r乙mKWr . nmlQ 9 8 5灰水2201 100.227.48 （ 5 6 2 72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2 0 0 3 年1月1 3 I : 1图1泉高弧端装配阿1 *0, 甲衡&,卜72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r j力计算已知数据如下：酋级叶轮r
5、I环直径（外径）D “二1 8 82-次级叶轮n环直径（外径）Do d二1 8 4 r *首级【1 t轮进口直径D . 1 :1 6 0 r次级叫轮进n直杼D a二1 5 5 r啪轮箍直径D n二1 0 0刨1叶轮 直径D 2 = 2 8 0 J nm容积效率仇=O9 6 7由泄漏量 q = 2IIR】6 2 （2 9 kAp/ 2 聽）”！=2 I J so相对泄漏量q/Q=33%,所以巩二0 9 6 7O水/ J教率矶=7/7。机=o776/0967x0 8 8 = 0 9 0 . F衡盘直径Do = 2 4 4 mm平衡盘轮箍直径D 7 = 1跚r帅介质（灰水）密度P = 1 0 5 0
6、x1 k g /m3 1 ）叶轮的角速度Ill = 2 II, / 6 0 = 2x2985II/60 = 31243 rad/s2）单级叶轮的势扬程h产h, （1时t / 2“ ）2 2 0式巾 “ .=A j /巩二 8 0 5:8 /08 8 ; 1 1 1 8m时轮的线速度M 2 = II D ! n / 6 0 = 02 8x2 9 8 5 r r /4t） = 4 3 7m/ so将以上数值代人得：h, . = hc （1一咖I /2 H i） =797 m3）轴向j J首缀叶轮盖板力 A。二聽 n （R : ；_-R ） h r 暖（磷 + 矶）/ 2 “2 / S g代人以r
7、L钏数值J得A, = 1 2 7 6 3N动反力A2 = （0 7_, ） 2 P / z （孵一峨）代人已知数值uI得A!=340N首级叶轮轴向力A = Al-A : = 1 2 4 2 3N次级叶轮盖板力A I 倍n （嫌一R ） h厂【鹤一碱+月:）/ 2 oo! / 8 9 代人次级叫轮卡”应数据可得A - =I 9 6 2 N动反力A : - （p7巩）2 P / z （R j-娥）同样代八相应数据可得A : = 3 8 0N敬级叶轮轴向力A?= A 1 5-A 2?= J 1 5 8 2 N所以转干总的轴向力A-A +仁一”A7=93497N3.2平衡力的计算平衡盘结构示意罔见同2
8、平衡力F二5 P 2式中：S平衡盘面秘；A p,轴向间隙压力降，二P 3P4。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 = 00 3m 22) AP2的计算末级叶轮出口处压力P2= h 1 (, -1) + hp 偌代人前面已知数据可得P 2二8 3 9 8 k P a末级叶轮后泵腔中径向间隙b1进 口处的压力P,P 3 = P 2 1 / 4 (u ; -u / 2 9) P g式中：n, =43.7m/so平衡盘轮箍处线速度1 5二开D 15 / 6 0 =2 3 . 4 3 m/ s代入可得 P3 = 8219kPa 已知 P6 = 200k
9、Pa所以，总压力降 P = P3 P6 =k P a o3 )平衡盘灵敏度系数K的计算该泵为3间隙平衡盘K = 1 - (1 + P I / 尸 2 +a P 3 / P 2)A P 1 / P 2 二 (1 + ; P+ . : L 1 L 1 / 2 b 1 )-&?+ 8 1 (1-B 1 ) A2 L 2 / 2 b 2 + B x 尺6i/础6 f式中：“、& 7进口阻力系数，查表可得其A I、A2-摩擦阻力系数，通常取其值为B j2R I / R 2 ;6 1 径向间隙，b 1 - 0 . 2 5 mm ；6 2轴向间隙，b2 = 0. 08-0.1 0mm,取b 2 = 0 .
10、1 0 mm;6 3-外径向间隙，b 3 = 0 . 2 5mm ; 叩圆角系数。 代人相应数值得厶P1 /Ap2 = 1 . 6Ap3/AP2 = f 3 砰6 ; / r 2 磁 6A 3 L 3 8 6 1 / 2 6 3 b; +骈6 ; / 6 ;代人相应数据得： 3 = 6. 7弘二善2+B I A2 L 2 / 2 b2 + B 1代入相 应数据得：f 2二6 . 2由以上可得：AP3/AP2 = 0 .1 所以：K = l/ (1 + 1 . 6 + 0 . 1) 二0 . 3 8,则平衡力F二SxKxAP, = 9 3 8 2 2 N从轴向力A与平衡力， 相比较可以看出，两者
11、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 . 0 1 n 1 1 n, 即b2增大为mm,重新计算平衡力1。首先重新计算K值由计算可得 Pl /AP2 = 2 . 1，尸3 /a P 2= 0.13K = 1 / (1+0.13 + 2.1) =0.3 则此时平衡力 1=2171N那么由轴承所承担的轴向载荷为A-F?= 2 1
12、 . 6 5 k No由滚动轴承手册查得7 2 1 5 B E C B型角接触球轴承允许轴向载荷2 0 .1 kN,显而易见在平衡间隙增大0 . 0 1 1 n 1 n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6 0 0 0 h,平衡盘的实际磨损量约8ml T 1 ,则可 计算出大约7 h左右平衡盘磨损量就为0 . 0 1 i 1 1 1 n。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
13、果。2 2 180194止推轴承载荷的计算0.11值为0.2;0 . 0 4 0 .0 6:式中：善3 = 0.5叩+A2 L 2 B I /2 b 2 +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，因而减少泄漏量q。泄漏懂减 少后，液体流过径向I k】隙的压力降减小，从而提高了平衡盘前面的压力P 4,即增加-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
14、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1二作点改变和密封 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2 2 2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，所以平衡猛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1: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-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（81） nl 1 n,装平衡盘后 测联轴节反向串量3 . 3mm,亦符合要求值（41） mi 1 1。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 磨损琶，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。
