多级离心泵转子部分失效分析

多级离心泵转子部分失效分析

张芳陈健军赵丹

中石化胜利油田分公司河口采油厂集输大队张芳陈健军赵丹

摘要：多级离心泵具有高效、易实现自动控制等优点，是目前油田生产的主要设备之一，在修理的过程中，我们可以发现高压离心注水泵的大修作业中，主要的失效原因是离心泵转子部分引起，所以转子部分故障分析对离心泵的管理及修理有着重要的意义。

本文对离心泵的使用概况、主要故障情况、故障原因和机理及类别进行了阐述。

关键词：离心泵；转子；失效引言1、多级离心泵使用概况离心泵具有结构紧凑、排量大且均匀平稳、效率高、易损件少，以排出阀门调节排量、压力使用方便，易于实现自动控制的优点，随着多级离心泵的发展，使其成为油田工作中的主要设备之一，目前常用的高压多级离心泵主要型号为DF80－150×11；DF140－150×11；DF300－150×11；DF350－150×11等泵型及根据需要进行的改造衍生泵型。

2、高压多级离心泵的主要故障概况离心泵有多种的分类方式，但是各种离心泵从部件相对运动方式来看都存在定子和转子两大部分。多级离心泵的定子部分主要由进出端、中段、瓦托架等部件组成；转子部分主要由泵轴、挡套、叶轮、轴套、平衡盘等部件组成。转子部分与定子部分通过轴瓦进行接触形成运动付，通过各种型制的口环（密封环）控制高压区向低压区的泄露，进行工作。在实际使用的过程中，离心泵的失效主要是由于转子部分的失效造成。主要表现形式为叶轮吸入口外圈及挡套与定子上镶嵌的口环（密封环）相互磨损，造成间隙过大，泄露量过多，泵效过低；叶轮与口环研粘在一起，或把口环从定子部分带出或粘连在一起不能转动，造成离心泵失效；叶轮损坏，离心泵失效；泵轴损坏，离心泵失效。出现以上情况必然造成多级离心泵整个机组系统不能工作，必须进行大修，解体更换失效部件，恢复多级离心泵的使用性能。

一、高压多级离心泵转子部分故障原因及失效机理分析1、叶轮与密封环的正常磨损叶轮吸入口外圈及挡套与口环（密封环）磨损，间隙增大，高压区向低压区泄露超出允许范围，泵效过低，造成离心泵失效的情况属于设备的正常损耗，产生的原因是由于在离心泵工作的过程中，转子部分在轴瓦的支撑下在定子内部进行转动和轴向的窜动。理想工况下，叶轮不会与定子部分进行接触，但在实际运行中由于介质、压力的波动，动力部分的机械振动、配件精度、装配精度、机泵连接的安装精度等因素的影响，叶轮存在与口环接触的可能，造成磨损。高压液体冲刷和侵蚀也可能改变配件的外形尺寸。当叶轮与口环的间隙尺寸超出允许值时，泄露量过大，泵效降低，从经济性上衡量，离心泵失效。

2、叶轮与密封环的非正常损耗叶轮与口环（密封环）研粘，或把口环（密封环）从定子部分带出或粘连在一起不能转动，叶轮损坏造成离心泵失效的情况多数应该定性为非正常损耗，产生的原因有多种：2.1装配原因，根据技术标准口环（密封环）与叶轮的径向间隙，当密封环内径为80~120mm时，标准值为0.15~0.30mm；当密封环内径为120~180mm时，标准值为0.30~0.40mm;当密封环内径为180~260时，标准值为0.40~0.50mm。如果在装配时径向间隙过小，在离心泵高速运转的过程中，转子部分可能与定子部分的口环（密封环）接触，产生研磨，严重的叶轮和口环会粘结在一起，造成设备损坏甚至报废。造成转子与定子研磨情况的其他装配因素还有转子部分的圆跳动超差（标准为：泵轴弯曲度不大于0.03mm；叶轮密封环处、挡套处的径向跳动不大于0.05mm；轴瓦部位的轴径的径向跳动不大于0.02mm；填料轴套处的径向跳动不大于0.03mm。）、转子部分的静、动平衡超差（标准为：叶轮静平衡偏重不大于3g，并不得在同一个方向等。

2.2操作使用的原因，油田用的多级离心泵都是采用平衡盘来平衡单吸叶轮产生的轴向推力，保证转子部分在理想部位附近转动。离心泵在启动的瞬间，由于升压的滞后，可能存在平衡盘打开滞后现象。因此在开泵前，如没有遵循开泵操作规程进行盘泵、拨泵，就会增大转子部分与定子部分研磨的几率，产生磨损。另外频繁的起停泵，即使严格遵守操作规程，也会增大转子部分的磨损，甚至发生烧研粘结的故障。在正常的运行中，由于压力的波动，特别是在管线穿孔造成泄压时也会发生转子部分向吸入端窜动造成研磨。其他的方面当动力机组断电，而单向阀失灵不能及时关闭时，倒灌的介质会使转子反转，平衡盘失效，使转子与定子部分产生研磨，造成设备损毁；当离心泵工作时，如果抽空，离心泵没有介质发生空转干磨，更会使离心泵烧结，发生重大责任事故。

2.3维护保养不当，在多级离心泵停泵后，如长时间不运行，没有按照规定定期盘泵。在长期的静载荷作用下，转子部分可能发生变形径向间隙改变，或者径向间隙间产生结垢，这在起泵是也可能发生研粘的故障。

3、叶轮损坏失效离心泵失效情况的产生原因除2.1和2.2外，主要是由于高压多级离心泵在工作的过程中因过滤网失效，吸入异物，可能打碎叶片，使叶轮丧失工作性能。或直接把泵的转子卡死，使转子部分失效，造成多级离心泵故障。

4、泵轴损坏离心泵失效（1）泵轴本身在制造的过程中即存在缺陷，达不到所需的强度和刚度。在离心泵运行的过程中缺陷处或应力集中点疲劳断裂或在运转中发生超差的挠度变形，产生研磨，造成设备损坏。（2）泵轴在长时间的运转过程中，材质性能下降，刚度达不到要求，发生超差的挠度变形，造成高压多级离心泵磨损加剧，发生故障。（3）泵轴与轴瓦接触处的镀层存在缺陷或长期运行磨损，发生剥落，磨损加剧，能耗上升直至轴瓦烧坏，多级离心泵发生故障。

二、多级离心泵转子部分失效原因分类在多级离心泵故障原因及转子部分失效机理分析中我们可以发现，故障原因主要分为制造质量问题、修理质量问题、施工质量问题、维护保养问题和操作问题。（1）制造质量问题有配件精度中形位公差的跳动量超差；泵轴存在缺陷，达不到所需的强度和刚度；泵轴镀层质量差寿命短。（2）修理质量问题有检测手段不足或不精细，不能或没有检测出配件的缺陷；装配没有严格按照施工标准进行，突破了标准要求的数据范围。

（3）施工质量问题有机泵连接时安装精度超差，不能保证电机与高压多级离心泵的同轴度要求；不能保证泵机组的水平度。

（4）维护保养问题有不能遵守维护保养的要求，对机泵进行巡检及时发现异常，导致设备损失增大；没有对常停泵进行定期盘泵，产生故障隐患。（5）操作问题有未按照起泵的操作规程进行高压多级离心泵的启动；频繁的起停泵。

三、离心泵转子部分失效的严重后果多级离心泵虽然具有结构紧凑、易损件少的优点，但由于在工作中存在压力高、输送的介质腐蚀性强的特点，致使油田生产所使用的多级离心泵均采用强度高、耐腐蚀性强的材料，配件价格高，转子部分除泵轴外完全封闭在进出口端和中段内，不能直接观察，一旦发生非正常的损坏故障，容易造成转子部分全部报废，如果整泵研粘在一起，更是造成整机报废，修理成本高昂。目前环保工作要求严格，污水必须回注，如发生突发性故障，注水能力不足时，只有停井一途，造成的间接损失更是巨大。

四、减少转子非正常失效的防范措施（1）增强检测手段和能力，杜绝不合格零配件的进入以及存在问题的旧零件的复用。

（2）加强职工培训和教育的力度，提高职工的技术素质、职业道德、责任意识，学好标准，用好标准，严格工艺流程、技术指标要求，提高修理质量和设备使用水平。（3）严格规章制度，使操作规程等各项制度得以扎实有效的落实。

参考文献：[1]嵇彭年等钻井机械.北京：石油工业出版社，1990