液氬泵使用時出現(xiàn)的問題

       2006年5月4日, 由于在線運轉(zhuǎn)的2#液氬泵發(fā)生外泄漏而造成其嚴重結冰, 影響正常運轉(zhuǎn), 需要停運并進行吹除。于是將1#液氬泵經(jīng)2小時吹除和緊急預冷后投入使用, 但使用效果不佳,主要表現(xiàn)為: 拖動電機的電流值較大,而液氬泵的流量和出口壓力偏小, 達不到工藝指標的要求。雖然將1#液氬泵反復加溫吹除和預冷后再運行, 運轉(zhuǎn)情況非但沒有好轉(zhuǎn), 反而在最后出現(xiàn)了電機“甩電流”現(xiàn)象, 并出現(xiàn)液氬泵流量為零的狀態(tài)。1#液氬泵運轉(zhuǎn)失敗, 只有等待解體檢修。

1#液氬泵解體情況

        2006 年5 月20 日, 拆開1#液氬泵泵殼后, 發(fā)現(xiàn)用于將葉輪鎖緊在軸上的銅質(zhì)雙頭螺柱在外端的螺紋收尾處發(fā)生斷裂, 斷裂后的螺柱連同銅質(zhì)壓塊和不銹鋼螺母整體脫落在泵殼的吸入口底部。脫落的銅壓塊近半個已被磨損, 而殘留在銅壓塊通孔內(nèi)的斷螺柱和與其連接在一起的不銹鋼螺母則完好無損, 所以可以對螺柱斷口進行斷裂分析。當從已磨損的銅質(zhì)壓塊中取出斷螺柱后, 發(fā)現(xiàn)斷面、斷口略成螺旋面狀, 且與外螺紋收尾螺線基本保持一致。在斷面上, 斷口呈現(xiàn)細顆粒狀的均勻組織。另外,銅葉輪的輪蓋上有一道碰磨而形成的環(huán)形糟, 槽深約為1mm,槽寬在Φ160～180mm 的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)。與輪蓋相對應的泵殼內(nèi)壁面上,也有著一道因碰磨而形成的環(huán)形痕跡區(qū)域, 只是由于泵殼材料較堅硬, 所以才沒有留下明顯的磨損痕跡。當從軸上拆下葉輪后, 發(fā)現(xiàn)用于傳遞扭力的紫銅材質(zhì)的鍵已被縱向居中剪斷, 而銅質(zhì)葉輪的軸孔則被磨損擴大和拉毛。

液氬泵故障原因分析

        由液氬泵解體情況可知, 脫落的銅質(zhì)壓塊和斷螺柱整體墜落在葉輪的吸入口處, 并且近半個銅質(zhì)壓塊已被磨損, 這足以說明是銅質(zhì)雙頭螺柱首先發(fā)生斷裂。因為只有在銅質(zhì)螺柱斷裂后的反復試泵運轉(zhuǎn)過程中, 墜落體才有可能被吸入到葉輪的進口處, 才能使墜落體磨損。

        以上分析也是符合試泵運轉(zhuǎn)時的實際工況, 碰磨造成拖動電機的電流值偏大。而當銅螺柱斷裂后, 葉輪在軸上失去了鎖緊力, 因此在反復試泵運轉(zhuǎn)中, 葉輪在軸向力的作用下會沿鍵逐漸向外竄動, 直到輪蓋與泵殼壁面發(fā)生旋轉(zhuǎn)碰磨。此時, 由于葉輪偏離蝸殼中心引起內(nèi)泄漏量增大, 并由于葉輪吸入口被墜落體部分堵塞及相對運動引起的摩擦發(fā)熱而造成部分吸入液體汽化等, 所以液氬泵的揚程和流量減小。而在之后的多次試泵過程中, 由于不斷變化流量, 引起高速旋轉(zhuǎn)的葉輪在軸上不斷地來回竄動, 使鍵和鍵槽孔的配合面產(chǎn)生較大的相對滑動而磨損。由此配合面間會產(chǎn)生側(cè)間隙, 并在之后的試泵運轉(zhuǎn)中, 使葉輪與鍵發(fā)生撞擊。因此在試運轉(zhuǎn)的后期, 將鍵(尺寸規(guī)格為5mm ×5mm ×45mm) 縱向居中剪斷, 在試運轉(zhuǎn)的最后, 出現(xiàn)了零流量的情況。并且在最后, 由于鍵的剪斷面上毛刺的作用, 使軸在轉(zhuǎn)動時將葉輪軸孔劃傷磨損, 造成軸孔擴大。

      以上零部件的損壞, 都是因為雙頭螺柱斷裂而連鎖發(fā)生的, 因此分析雙頭螺柱發(fā)生斷裂的原因很有必要。

        因為在螺柱的斷口面上既沒有疲勞扭斷的痕跡, 也不存在組織上的明顯冶金缺陷, 所以開始認為螺柱斷裂純粹是因為熱脹冷縮使應力過大造成的。但進一步分析認為, 螺柱拉斷可能是多方面因素造成的。首先是雙頭螺柱在裝配時的預緊問題,因為沒有資料證明預緊拉應力是符合規(guī)定要求的,所以不能排除有預緊過度的問題; 其次是泵的使用操作問題, 因為沒有完整的運轉(zhuǎn)操作記錄能夠說明每次操作液氬泵是按規(guī)程進行的, 就不能排除存在在操作中因加溫吹除不徹底或預冷速度過快, 造成泵體結構上的不均勻熱脹冷縮的可能, 以致在啟動前或啟動瞬間, 過大的熱拉應力使銅質(zhì)螺柱崩斷;再者是銅質(zhì)雙頭螺柱本身結構問題, 因為斷口位置在螺柱外端的螺紋收尾處, 該處本來就是結構上的最薄弱處, 容易產(chǎn)生應力集中, 容易斷裂。

操作經(jīng)驗

         由于1#液氬泵轉(zhuǎn)子嚴重損壞, 所以只能送到制造單位修理。2006年6月, 1#液氬泵經(jīng)過修復后再次投入使用。到目前為止,1#液氬泵已連續(xù)、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)近兩年時間, 沒有發(fā)生大的故障�？偨Y這兩年來使用液氬泵的成功經(jīng)驗, 主要有以下4點∶

       (1) 在使用中, 嚴格按照液氬泵使用說明書中的參數(shù)表和運行曲線進行操作, 定時檢查和記錄泵的進、出口壓力和電流等參數(shù), 并依據(jù)進、出口壓力差估算流量, 以便合理調(diào)節(jié)出口閥開度, 滿足工況要求。

        (2) 堅持開展操作人員的點檢制度和維修人員的巡檢制度, 以便及時發(fā)現(xiàn)諸如泄漏、振動和噪聲等異常情況并及時處理, 防止故障擴大。

       (3) 定期切換備用泵運行, 對運行泵進行加溫吹除, 減少流通阻力, 使其恢復泵和管網(wǎng)原有的輸出特性, 以便再次使用時獲得較理想的運行工況。

       (4) 在切換泵操作時, 嚴格按照規(guī)定的開、停泵操作程序操作, 不允許簡化操作, 特別是在啟動泵前的預冷階段, 前10 分鐘預冷度不可太大, 防止凍壞機件和管件的連接螺栓。另外還要強調(diào)的是, 在約30分鐘的預冷階段, 要不時地用手盤動電機風扇, 不斷檢查軸部是否存在凍住、卡死的現(xiàn)象。若盤泵時手感較重, 則應立即關閉進口閥, 再用常溫氣體吹刷電機軸部, 直至能輕松盤動為止,然后再打開進口閥繼續(xù)預冷。