采油平臺節(jié)段多級離心泵排除軸承高溫
2019-11-07 鞠兆剛 劉志偉
(中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司)
摘 要:采油平臺節(jié)段式多級離心泵使用一定周期后非驅(qū)動端角接觸軸承溫度遞進(jìn)式升高不能正常使用,以往的維修手段難以解決高溫現(xiàn)象,通過對離心泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及故障現(xiàn)象的分析,快速判斷并排除造成軸承高溫的現(xiàn)象。
關(guān)鍵詞:節(jié)段多級離心泵;軸承;平衡轂;平衡套;軸向力
一、概述
采油平臺節(jié)段式多級離心泵軸承高溫是常見故障,某種情況下更換軸承、更換潤滑油常規(guī)的檢修方法無法解決其高溫狀態(tài),通過對非驅(qū)動端一對角接觸軸承高溫的位置判定軸向力的方向,并通過調(diào)整平衡轂與平衡套的間隙解決軸承高溫的現(xiàn)象。
二、故障現(xiàn)象描述
某平臺節(jié)段式多級離心泵在運行至1年后,非驅(qū)動端軸承溫度逐漸臨近80℃報警值(關(guān)斷值為85℃),通過對軸承箱解體,發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動端一對角接觸軸承盤軸承由于高溫變色。
三、故障分析
節(jié)段式多級離心泵的軸向平衡:從末級出來的帶有壓力的液體,經(jīng)過平衡套徑向間隙流入平衡轂前的空腔中,空腔處于高壓狀態(tài)。平衡轂后有平衡管與泵入口相連,其壓力近似為入口壓力。這樣平衡轂兩側(cè)壓力不相等,因而也就產(chǎn)生了向后的軸向推力,即平衡力。
平衡力與軸向力相反,因而自動地平衡了葉輪的軸向推力。當(dāng)葉輪的軸向推力大于平衡轂的力時,泵轉(zhuǎn)子就會向入口側(cè)移動,并由于慣性的作用,這種移動并不會立即停止在平衡位置上,而是要超出限度,引起平衡轂軸向間隙過量減小,使泄漏量減少,平衡轂前空腔的壓力升高,于是平衡轂上平衡力增加,并超過葉輪的軸向推力,把轉(zhuǎn)子又拉向出口側(cè)。同樣這個過程是有慣性的,使平衡轂的軸向間隙增大,引起平衡力小于軸向推力,轉(zhuǎn)子又向入口側(cè)移動,重復(fù)上述過程。這個過程是自動的,在泵工作時,轉(zhuǎn)子始終是在某一平衡位置上這樣軸向竄動著,不過竄動量極小,從外觀上很難看出來。
平衡轂與平衡套軸向端面間隙保障的情況下,非驅(qū)動端成對角接觸軸承僅僅承受較弱的殘余軸向力,當(dāng)平衡轂與平衡套軸向端面經(jīng)長期運行,磨損逐步增加;平衡轂為了尋求平衡,在平衡轂與平衡套軸向間隙逐步磨損的情況下,會因軸向力的作用,轉(zhuǎn)子逐步向吸入側(cè)移動,當(dāng)磨損間隙加大的同時軸向力同樣加大,超出成對角接觸軸承的軸向承載力,軸承軸向磨摩擦力加大,易造成軸承高溫或燒結(jié)。
四、故障判斷
1、通過軸承的安裝圖片(a)和軸承高溫位置(b)顯示,軸向力指向吸入側(cè),從而驗證了由于平衡轂與平衡套軸向間隙磨損所致;
2、運行記錄顯示軸承是隨著使用周期而逐步升溫狀態(tài),說明平衡轂與平衡套軸向端面磨損間隙是逐步磨損導(dǎo)致軸承逐步升溫。
五、故障排除
1、拆除非驅(qū)動端軸承箱及內(nèi)部附件;
2、拆除機(jī)械密封及軸承懸架;
3、拆除平衡轂、拉出平衡套;
4、平衡轂及平衡套軸向端面磨損,可采用三種維修方案
4.1、平衡轂及平衡套更換新備件;
4.2、平衡轂及平衡套軸向端面進(jìn)行修復(fù),恢復(fù)原始尺寸;
4.3、平衡轂及平衡套軸向端面進(jìn)行車削處理;
因生產(chǎn)緊迫,最終優(yōu)選兩零件軸向端面進(jìn)行車削處理,表面粗糙度1.6μm;
5、兩部件經(jīng)車削后,因部件軸向長度已經(jīng)變動,需對平衡套背面補(bǔ)償鋼墊,在平衡套與平衡鼓軸向端面貼合狀態(tài)下,為轉(zhuǎn)子總竄的一半,允許偏差±0.5mm;
6、依次回裝軸承懸架、軸承箱及內(nèi)部附件,成對角接觸軸承安裝后,轉(zhuǎn)子向吸入側(cè)推限,保障平衡轂和平衡套軸向端面間隙為0.04~0.08mm,成對角接觸軸承在軸承室內(nèi)的竄動量為0.12~0.18mm;
六、試驗
組裝完畢并恢復(fù)所有附件,進(jìn)行試泵,運轉(zhuǎn)6小時軸承溫度恒定至45℃,連續(xù)運行72小時溫度無明顯變化,問題得到解決。
七、結(jié)論
泵類設(shè)備軸承高溫屬于常見故障,必須對高溫現(xiàn)象深入分析,以此案例,通過軸承高溫的位置以及設(shè)備的工作原理及內(nèi)部構(gòu)造,快速找出真因排除故障,保障采油平臺設(shè)備的安全可靠運行。
來源:《科學(xué)與技術(shù)》2019年6期