离心泵平衡盘定位螺栓断裂原因及解决方案

离心泵平衡盘定位螺栓断裂原因及解决方案

李元强

江苏斯尔邦石化有限公司江苏连云港222000

摘要：高压锅炉给水泵在试车运行过程中，泵停车后出现盘车卡死，维修人员对泵进行拆检，发现平衡盘定位套与平衡盘连接螺栓折断2根，为了确保泵的安全运行，我们将通过实例分析计算轴向力、平衡盘定位套与平衡盘连接螺栓承载力、螺栓的连接方式等方面来分析螺栓折断原因，给出解决方案，保障设备正常运行。

关键词：轴向力；承载力；多级离心泵

1引言

离心泵是根据离心力的原理设计的，高速旋转的叶轮叶片带动介质转动，将介质甩出，从而达到输送的目的。由于叶轮前后盖板压力不同，从而产生了方向指向叶轮入口的轴向力。为了使离心泵正常运行，则在叶轮末级设置了平衡盘。在此次检修过程中，发现平衡盘锁紧套固定螺栓断裂。检查断裂螺栓发现，螺栓根部拉长变细，根据故障进行诊断与分析，提出可行性解决方案，在以后的工作中能够更好的使用离心泵，在离心泵出现运转故障时能够及时的分析出问题，并能够及时的解决问题，提高离心泵的运转效率。

2故障的产生与研究

2.1螺栓松动的原因

使用深孔时，深孔与螺栓接触的那个面不是平面，是锥面，螺栓冒的下面也不是平的，而是斜的，所以螺栓与深孔的接触就形成了面接触。如图2-1所示，平衡盘锁紧套深孔是锥面，而螺帽的下面是平面，若直接用螺栓紧固，就会形成点接触或线接触，这样就会造成螺栓松动。

2.2螺栓受轴向力的影响

图（2-2）泵在刚启动时由于受到轴向力的作用，泵转子要向左移动，这时P2还没有形成高压区，为此设置在泵轴上的平衡盘及平衡盘定位套也随之移动，而由于设置在泵壳上的平衡盘座固定不动，故两者之间的间隙b1也随之发生变化，当b1的间隙变小时，很快P2高压区形成并推开平衡盘，此时平衡盘会受到一个方向向右的平衡力，使转子在一定的位置保持动态平衡。

平衡盘定位套固定螺栓的作用是固定平衡盘的轴向位置，因此，平衡盘受多大的力，螺栓就受多大的力。如果螺栓松动，转子轴向摆动时，螺栓起不到定位作用，螺栓会受到一个大小等于轴向力的拉伸力。

2.3螺栓抗拉承载力的计算

已知：螺栓强度等级，6.8级；；—有效直径，mm；；P—螺距，1mm；

承载力（）=强度（）×面积（）

由公式得螺栓的有效直径为5.062mm、得螺栓的有效横截面积为20.1。

因此得：

由于平衡盘与平衡定位套四条螺栓连接，因此螺栓的总承载力为。

2.4叶轮前后盖板受相同压力面积差引起的轴向力

2.4.1盖板力

因为叶轮前后盖板不对称，前盖板在吸入孔部分没有盖板。另一方面叶轮前后盖板带动前后腔内的液体旋转，盖板侧腔内的液体压力按抛物线规律分布。作用在后盖板上的压力与前盖板对称作用的压力除口环以上部分都相抵消外，口环下部减去吸入压力所余压力产生的轴向力，方向指向叶轮入口。

由公式（2-1）给出：

（2-1）

其中：—液体密度955kg/；g—重力加速度，9.8m/；H—叶轮总杨程，567m；—流量，283；n—转速，2989r/min；i—级数，5级；；R—叶轮半径，0.1605m；—叶轮密封环处半径，0.09482m；—叶轮后轴颈半径，0.05175m；—叶轮旋转角速度，rad/s；；—叶轮单级杨程，m；；—叶轮出口势杨程，m

由以上条件得出：

因此：

2.4.2动反力

液体沿轴向进入叶轮，沿径向或斜向流出，液流通过叶轮其方向之所以变化，是因为液体受到叶轮作用力的结果。反之，液体给叶轮一个大小相同方向相反的作用力，即为动反力。

其中：；

叶轮出口轴面速度，

2.4.3计算轴向力F

由于叶轮所受的盖板力指向叶轮入口，由于叶轮入口水的推力很小，可忽略不计。动反力指向叶轮背部，i=5，因此：

。

3改进措施

3.1螺栓防松

3.1.1防松的目的

实际工作中，外载荷有振动、变化、材料高温等，会造成摩擦力减小，螺纹副中正压力在某一瞬间消失，摩擦力为零，从而使螺纹连接松动，如经过反复作用，螺栓就会松弛而失效，因此，必须进行放松。

3.1.2防松的原理

消除螺纹副之间的相对运动，增大接触面积力摩擦力，增大相对运动难度。

3.1.3防松的措施

由于是深孔螺栓不易增加弹簧垫，因此，重新加工锁紧套，将锥形孔加工成平孔，增大接触面积，变线接触为面接触。

4结语

经过一年的运行，对平衡盘锁紧套进行技术改进后，设备运行平稳，各项参数均在正常范围内。另为这项技术改进也提升了设备的先进性和可靠性。

参考文献：

[1]李伟遍。多级离心泵轴向力的试验研究。江苏大学流体机械工程技术研究中心100-6819（2012）-23-0052-08。

[2]《离心泵设计基础》编写组编。离心泵设计基础（修订第一版）。机械工业出版社，1974。