液氬泵使用時出現的問題

       2006年5月4日, 由于在線運轉的2#液氬泵發生外泄漏而造成其嚴重結冰, 影響正常運轉, 需要停運并進行吹除。于是將1#液氬泵經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, 運轉情況非但沒有好轉, 反而在最后出現了電機“甩電流”現象, 并出現液氬泵流量為零的狀態。1#液氬泵運轉失敗, 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, 發現用于將葉輪鎖緊在軸上的銅質雙頭螺柱在外端的螺紋收尾處發生斷裂, 斷裂后的螺柱連同銅質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。當從已磨損的銅質壓塊中取出斷螺柱后, 發現斷面、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形糟, 槽深約為1mm,槽寬在Φ160～180mm 的圓環區域內。與輪蓋相對應的泵殼內壁面上,也有著一道因碰磨而形成的環形痕跡區域, 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, 發現用于傳遞扭力的紫銅材質的鍵已被縱向居中剪斷, 而銅質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, 并且近半個銅質壓塊已被磨損, 這足以說明是銅質雙頭螺柱首先發生斷裂。因為只有在銅質螺柱斷裂后的反復試泵運轉過程中, 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生旋轉碰磨。此時, 由于葉輪偏離蝸殼中心引起內泄漏量增大, 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, 引起高速旋轉的葉輪在軸上不斷地來回竄動, 使鍵和鍵槽孔的配合面產生較大的相對滑動而磨損。由此配合面間會產生側間隙, 并在之后的試泵運轉中, 使葉輪與鍵發生撞擊。因此在試運轉的后期, 將鍵(尺寸規格為5mm ×5mm ×45mm) 縱向居中剪斷, 在試運轉的最后, 出現了零流量的情況。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生的, 因此分析雙頭螺柱發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操作記錄能夠說明每次操作液氬泵是按規程進行的, 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螺柱崩斷;再者是銅質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, 容易產生應力集中, 容易斷裂。

操作經驗

         由于1#液氬泵轉子嚴重損壞, 所以只能送到制造單位修理。2006年6月, 1#液氬泵經過修復后再次投入使用。到目前為止,1#液氬泵已連續、穩定運轉近兩年時間, 沒有發生大的故障。總結這兩年來使用液氬泵的成功經驗, 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, 并依據進、出口壓力差估算流量, 以便合理調節出口閥開度, 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, 以便及時發現諸如泄漏、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預冷。