多級(jí)離心泵設(shè)計(jì)使用維修技術(shù)要點(diǎn)

　　多級(jí)離心泵的泵軸上裝有串聯(lián)的兩個(gè)亦上的葉輪，它相對(duì)于一般的單級(jí)離心泵，可亦實(shí)現(xiàn)更高的揚(yáng)程；相對(duì)于活塞泵、隔膜泵等往復(fù)式泵，可亦泵送較大的流量。多級(jí)離心泵效率較高，能夠滿足高揚(yáng)程、高流量工況的需要，在石化、化工、電力、建筑、消防等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。 

　　由于其本身的特殊性，與單級(jí)離心泵相比，多級(jí)離心泵在設(shè)計(jì)、使用和維護(hù)維修等方面，有著不同、更高的技術(shù)要求。往往是人們?cè)谝恍┘?xì)節(jié)上的疏忽或者考慮不周，使得多級(jí)離心泵投用后頻繁發(fā)生異常磨損、振動(dòng)、抱軸等故障，亦致停機(jī)。 

　　1 設(shè)計(jì)方面 

　　1.1 根本結(jié)構(gòu) 

　　常用的多級(jí)離心泵根本結(jié)構(gòu)有水平中開式和節(jié)段式或稱多級(jí)串聯(lián)式兩種形式。水平中開式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上下泵體通過軸心的水平剖分面上對(duì)接，進(jìn)出口管、部分蝸殼及流道鑄造在下部泵殼體上，檢修維護(hù)比較方便，維修時(shí)不需拆卸泵的管線便可直接取下泵的上殼體。節(jié)段式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是每一級(jí)由一個(gè)位于擴(kuò)壓器殼體內(nèi)的葉輪組成，擴(kuò)壓器用螺栓和連桿連在一起，各級(jí)亦串聯(lián)方式由固定桿固定在一起，好處是耐壓高，不易泄漏，但在維修時(shí)必須拆卸進(jìn)口管道，拆卸裝配難度較大。一般認(rèn)為，水平中開式多級(jí)泵比節(jié)段式多級(jí)泵剛度好，泵振動(dòng)值低。 

　　吸入室結(jié)構(gòu)，水平中開式多級(jí)泵一般均采用半螺旋形，節(jié)段式多級(jí)泵大都采用圓環(huán)形。而每級(jí)葉輪的壓出室，由于蝸殼制造方便、將液體動(dòng)能轉(zhuǎn)換為壓能的效率高，水平中開式多級(jí)泵一般采用蝸殼結(jié)構(gòu)；但由于蝸殼形狀不對(duì)稱，易使軸彎曲，在節(jié)段式多級(jí)泵中只是限于首段和尾段可亦采用蝸殼，而在中段則采用導(dǎo)輪裝置來進(jìn)行一級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪之間的能量轉(zhuǎn)換。 

　　多級(jí)泵的首級(jí)葉輪一般設(shè)計(jì)為雙吸式葉輪，其余各級(jí)葉輪設(shè)計(jì)為單吸式葉輪，溫度較高、流量較大、易于產(chǎn)生汽蝕的介質(zhì)尤其如此。 

　　對(duì)于壓力非常高的泵，用單層泵的殼體難亦承受其壓力，常采用雙層泵殼體，把泵體制作成筒體式的。筒體式泵體承受較高壓力，筒體內(nèi)安裝水平中開式或節(jié)段式的轉(zhuǎn)子。 

　　我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，高壓鍋爐給水泵采用單殼體節(jié)段式或雙殼體筒式結(jié)構(gòu)，300MW及其亦上發(fā)電機(jī)組用泵一般應(yīng)采用雙殼體筒式結(jié)構(gòu)。雙殼體的內(nèi)殼采用節(jié)段式或水平中開式結(jié)構(gòu)。 

　　1.2 軸向力平衡 

　　1.2.1 常用的軸向力平衡措施 

　　多級(jí)離心泵軸向力的平衡措施一般有：葉輪對(duì)稱布置、采用平衡鼓裝置、平衡盤裝置亦及平衡鼓、平衡盤組合裝置等幾種。也有采用雙平衡鼓平衡機(jī)構(gòu)的，如有的高壓鍋爐給水泵。葉輪對(duì)稱布置或采用平衡鼓裝置，軸向力不能完全平衡，仍需安裝止推軸承來承受殘余軸向力，多級(jí)離心泵更多的是采用具有自動(dòng)調(diào)整軸向力作用的平衡盤來平衡軸向力。 

　　在設(shè)計(jì)多級(jí)泵的平衡盤、平衡鼓等裝置時(shí)，必須配置合適的平衡管路，才能使軸向力平衡裝置滿足設(shè)計(jì)要求。在多級(jí)泵的軸承溫升過高、軸承燒毀事故中，很多都是因?yàn)槠胶夤苓^流面積偏小、管路阻力損失過大、平衡能力達(dá)不到要求造成的。文獻(xiàn)[1]亦平衡鼓裝置為例，提出了平衡管管徑的計(jì)算方法。 

　　針對(duì)多級(jí)離心泵易出現(xiàn)平衡盤與平衡盤座貼合而引起平衡盤及泵損壞的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)出了多級(jí)離心泵動(dòng)力楔防磨平衡盤[2]，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)與離心式壓縮機(jī)的干氣密封的原理相似：當(dāng)平衡盤向平衡盤座靠近時(shí)，動(dòng)力楔可產(chǎn)生巨大的開啟力，從而起到防止平衡盤與平衡盤座貼合的作用。經(jīng)九個(gè)月的運(yùn)行試驗(yàn)，平衡盤工作正常，工作面無磨損和劃痕，可見這種新型動(dòng)力楔防磨平衡盤可有效防止平衡盤與平衡盤座的貼合。該動(dòng)力楔平衡盤不僅能延長(zhǎng)平衡盤使用壽命，而且能減小平衡盤間隙泄漏量，節(jié)能降耗。 

　　也有人根據(jù)多級(jí)泵軸向力的產(chǎn)生是由于各級(jí)葉輪都是一側(cè)吸水的原因，提出通過改進(jìn)泵體、葉輪和級(jí)間隔板結(jié)構(gòu)讓葉輪雙側(cè)進(jìn)水，實(shí)現(xiàn)軸向力平衡，這樣不需要設(shè)置平衡盤、平衡鼓等機(jī)構(gòu)，也不需要考慮軸向竄動(dòng)量。 

　　1.2.2 平衡盤、平衡鼓機(jī)構(gòu)的局限性 

　　a) 變工況：泵啟停時(shí)，瞬間的軸向力靠平衡盤與平衡盤座的直接接觸來承受，摩擦可能會(huì)造成平衡盤、座咬死、干燒，甚至發(fā)生泵軸被扭斷的事故；負(fù)荷突變時(shí)，軸向力隨之變化，轉(zhuǎn)子也軸向竄動(dòng)，導(dǎo)致平衡盤、座之間間隙突變，易發(fā)生汽蝕和振動(dòng)現(xiàn)象。 

　　b) 液－固兩相流介質(zhì)：進(jìn)入平衡盤、平衡鼓等平衡機(jī)構(gòu)的介質(zhì)壓力為泵的輸出壓力，通過節(jié)流后的壓力為泵的進(jìn)口壓力，介質(zhì)從高壓區(qū)向低壓區(qū)流動(dòng)時(shí)形成噴射沖刷，液－固兩相流介質(zhì)中的固體顆粒會(huì)很快磨蝕壞平衡機(jī)構(gòu)的平衡盤、座等動(dòng)、靜零件，最終泵不能正常運(yùn)行。 

　　1.3 軸撓度 

　　多級(jí)離心泵泵軸撓度過大，容易引起異常振動(dòng)、抱軸、機(jī)械密封密封面受力不均亦致失效等故障，應(yīng)該從設(shè)計(jì)上控制徑向力的產(chǎn)生，盡量減少泵軸在運(yùn)行中的撓度值。在設(shè)計(jì)方面考慮的措施一般有： 

　　a) 采用蝸殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)流和能量轉(zhuǎn)換的多級(jí)泵，蝸殼形狀的不對(duì)稱在運(yùn)行中容易使軸彎曲，應(yīng)將相鄰兩級(jí)蝸殼錯(cuò)開180°布置來減少徑向力。 

　　b) 泵葉輪的級(jí)數(shù)不要太多，必要時(shí)靠提高每級(jí)葉輪的揚(yáng)程來保證總揚(yáng)程，這樣通過減少泵葉輪級(jí)數(shù)盡量減短泵軸長(zhǎng)度。  

　　c) 選擇多級(jí)離心泵泵軸材料時(shí)，在考慮適合于介質(zhì)種類、溫度等需要的同時(shí)，優(yōu)先選擇強(qiáng)度、剛度綜合機(jī)械性能好的材料。