1 設計方麵

    1.1 根本結構

    常用的多級離心泵根本結（jié）構有水（shuǐ）平中開式和（hé）節段式或稱多級（jí）串聯式兩種形式。水平中開式的（de）結構特點是上（shàng）下泵體通過軸心的水平剖分麵上對接，進出（chū）口管、部分蝸殼及流道（dào）鑄造在下部泵殼體（tǐ）上，檢修維護比較方（fāng）便，維修時不需拆卸泵（bèng）的管線便可直接（jiē）取下泵的上殼（ké）體。節段式的（de）結構特點是每一級由一個位於擴壓器殼體內的葉輪組成，擴壓器用（yòng）螺栓和連杆連（lián）在（zài）一起，各級亦（yì）串聯方式由固定杆（gǎn）固定在一起，好處是耐壓（yā）高，不易泄漏，但（dàn）在維修時必須拆卸進口管道，拆（chāi）卸裝配難度較大。一般認為（wéi），水（shuǐ）平中開式多級泵比節（jiē）段式多級泵剛度好（hǎo），泵（bèng）振動值低。

    吸入室結構，水平中開式多級泵一般均（jun1）采用半螺（luó）旋形，節段式多（duō）級（jí）泵大都采用圓環形。而每級葉輪的壓出室，由於蝸殼（ké）製造（zào）方便、將液體動能轉換為（wéi）壓能（néng）的效率高，水平中（zhōng）開式多級泵（bèng）一般采用（yòng）蝸殼結構；但由於蝸殼形狀不對稱，易使軸彎曲，在（zài）節段式多級泵中隻是限於首段和尾段可亦采用蝸殼，而在中段（duàn）則采用導輪裝置來（lái）進行一級葉輪和次級葉輪之間的能量轉（zhuǎn）換。

    多（duō）級泵的首級（jí）葉輪一般設計為雙吸式葉輪，其餘各級葉輪設計為單（dān）吸式葉（yè）輪，溫度較高、流量較大、易於產生汽蝕的介質尤其如此。

    對（duì）於壓力（lì）非常高的（de）泵，用單層（céng）泵的（de）殼體難亦承受其壓力（lì），常采用雙（shuāng）層泵殼體，把泵體製作成筒體式的。筒體式泵（bèng）體承受較高壓力，筒體內安裝水平中開式或節段式的轉子。

    我國有關標準規則，高壓鍋爐給水泵采用單殼體節段式或雙殼體筒式結構，300MW及其亦上發電機組用泵一般應采（cǎi）用（yòng）雙殼體筒式結構。雙殼體的內殼采用節段式或水平中開式結構。

    1.2 軸向力平衡

    1.2.1 常用的（de）軸向力平衡措施（shī）

    多級離心泵軸（zhóu）向力的平衡措施一般有：葉輪對稱布置、采用平衡鼓裝置、平衡盤裝置亦（yì）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構的，如有的高壓鍋爐給水泵。葉輪對稱布置或采用（yòng）平衡鼓裝置（zhì），軸向力不能完全平衡，仍（réng）需安裝止推軸承來（lái）承受殘餘軸（zhóu）向力，多級離心泵（bèng）更（gèng）多的（de）是采用具有自動調整軸向（xiàng）力（lì）作用（yòng）的平衡盤（pán）來平衡軸（zhóu）向（xiàng）力。

    在設計多級（jí）泵的平衡盤、平衡鼓等裝置時，必須配置合適（shì）的平衡管路（lù），才能使軸向力平衡裝置滿足設計要求。在多級泵的軸承溫升過高、軸承燒毀（huǐ）事故中，很多都是因為平衡管（guǎn）過流麵積偏小、管路阻力損（sǔn）失過大、平衡能力達不到要求造成的（de）。文獻[1]亦平衡（héng）鼓裝（zhuāng）置（zhì）為例，提（tí）出了平衡管管（guǎn）徑的計（jì）算方法（fǎ）。

    針對多級離心泵易出現平衡盤與平衡盤座貼合而引起平衡盤及泵損壞的現象，設計出了多級離心泵（bèng）動力楔防磨平衡盤[2]，如（rú）圖2所示。該結構與離心式壓縮機的幹氣（qì）密封的原理相似：當平衡盤向平衡盤座靠近時，動力楔可產生巨大的開啟（qǐ）力，從而起到防止平衡盤與平衡（héng）盤座貼（tiē）合的作用。經九個月的運行試驗，平衡盤工作正常，工作麵無磨損和劃痕，可見（jiàn）這種（zhǒng）新型動（dòng）力楔防磨平（píng）衡盤可有效防止平衡盤與平衡盤座的貼合（hé）。該動力（lì）楔平衡盤不僅能延長平衡盤使用壽命，而且能減小平衡盤間隙泄漏量，節能降耗。

    也有人根據多級泵軸（zhóu）向力的產生是（shì）由於各級葉輪都是一側（cè）吸水的（de）原因，提出通過改進泵體、葉（yè）輪和級間隔板結構讓葉輪雙側進水（shuǐ），實現軸（zhóu）向力平衡（héng），這樣不需要設置平衡盤、平衡鼓（gǔ）等機構，也不（bú）需要考慮軸向竄動量。

    1.2.2 平衡盤、平衡鼓機構（gòu）的局（jú）限性

    a) 變工況：泵（bèng）啟停時，瞬間的軸向力靠平衡（héng）盤與平衡盤座的直（zhí）接接觸來（lái）承受，摩擦（cā）可（kě）能會造成平衡盤、座咬死、幹（gàn）燒，甚至發生泵（bèng）軸（zhóu）被扭斷的事故；負荷突變時，軸向力隨之變化（huà），轉子也軸向竄動，導致（zhì）平衡盤、座之間間（jiān）隙突變（biàn），易發生汽蝕（shí）和振動現象。

    b) 液（yè）－固兩相流介質：進入（rù）平衡盤、平衡鼓等（děng）平衡機（jī）構的介質壓力為泵的輸出壓力，通過節（jiē）流後的壓力為泵的進口壓力，介質從高壓區向低壓區流動時形成噴射衝刷，液－固兩相流介質中的固體顆粒會很快磨蝕壞平衡機構（gòu）的平衡盤、座等動、靜零件，終泵不（bú）能正常（cháng）運行。

    1.3 軸撓（náo）度

    多級離心泵泵軸撓度過大（dà），容易引起異（yì）常振動、抱軸（zhóu）、機械密封密封（fēng）麵受力不均亦致失效等故障，應該從設（shè）計上控製徑向力的產生，盡量減少泵軸在運行中的撓度（dù）值。在設計方（fāng）麵考慮的措施一般有：

    a) 采用蝸殼（ké）結構進行導流和能量轉換的多（duō）級泵，蝸殼形狀的不對稱在運行中容（róng）易使軸彎曲，應將相鄰兩（liǎng）級蝸殼錯開180°布置來減少徑向力。

    b) 泵葉輪的級數不要太多，必要時靠提高每級葉輪的揚程來保證總揚程，這樣（yàng）通過減少泵（bèng）葉輪級數盡量減短泵軸長度。

    c) 選擇多級離心泵泵（bèng）軸材料時，在考慮適合於介質種類（lèi）、溫度（dù）等需要的同時（shí），優先選擇強度（dù）、剛度綜合機械性能好的材料。

    d) 設計計算泵軸直徑（jìng）時（shí），綜合考（kǎo）慮傳遞（dì）功率、起動方法、徑向力、軸撓度和有關慣性負荷等因（yīn）餗；考慮在非設計流量工作時可能產生的徑向力對泵軸抵抗彎曲變形的需要。

    e) 合理選擇泵軸的支撐點。

    1.4 抗（kàng）振減振考慮（lǜ）

    設計上可亦考慮的多級泵（bèng）抗振減振（zhèn）的措施有：

    a) 控製泵軸撓度在規則範圍內。

    b) 明確要求泵軸、葉輪等進行動、靜平衡試驗（yàn）。

    c) 要把多（duō）級泵的泵軸按剛性軸設計，工作轉速應小於等於0.75倍的一階臨界轉速（sù）。

    d) 葉輪與泵軸單級獨立（lì）定位，葉輪與泵軸（zhóu）采用過盈配合加熱裝配，亦提（tí）高轉子組件的剛度和臨界轉速。

    e) 泵軸、葉輪等選（xuǎn）材時，選用材料本身質量均勻（yún）性好的材料，選擇能夠保證材料橫斷麵質量均（jun1）勻的（de）材料供貨狀（zhuàng）態和加工方法。

    f) 設計（jì）合適的（de）軸、徑向間隙，避免因轉子、定子（zǐ）非正常摩擦（cā）、軸向竄動而引發振動。

    g) 采用平衡盤來平衡軸（zhóu）向力的多級泵，合（hé）理、正確設計（jì）平衡盤機構（gòu）。

    1.5 立式多級泵

    對於立式多級離心泵，一般設計時考慮了正（zhèng）常運行狀況（kuàng）時總的軸向力向下，但在開車初期，由於出（chū）口壓力還未上升，葉輪前（qián）後壓差還未建立，存在向上的軸向力，有的就造成軸向上竄起，並伴有機封、軸承（chéng）部位過熱，電機超電流現象，嚴重（chóng）時很快跳車。1999 年4 月（yuè）廣州乙烯股份（fèn）有限公司灌區的16 台DL 型立式（shì）多級泵均（jun1）不同程度地出現過這種情況。這是由於泵軸組件結構設計上存在（zài）問題，應從（cóng）結構上考慮使軸承軸套和軸相對（duì）固定 從而使向上的軸向力也由推力軸承來平衡[4]。

    具（jù）有自動調整軸向力作用的平衡（héng）盤裝置由於結構尺（chǐ）寸太大 而（ér）且需要一個泄壓回水管 在受井（jǐng）徑限製的深井潛水泵中無法安裝（zhuāng） 所亦軸（zhóu）向力平衡問題一直是高揚程深井潛水泵設計中的一個難題。文獻[5]推出了一種軸向力平衡方法，將深井潛水泵的葉輪前蓋板直徑擴大到泵體內壁（bì）邊緣 使葉輪直（zhí）徑在同樣的井徑（jìng）條件下達到極大（dà）值（zhí） 同時葉輪後蓋板直徑適當減小（xiǎo） 使（shǐ）葉輪上（shàng）的軸向（xiàng）力完全平衡。

    引見了另外一種新（xīn）型軸向力（lì）平衡裝置，它把一對動靜摩擦副裝於末級葉輪之後，動環隨葉輪旋（xuán）轉，靜（jìng）環則不旋轉，端麵密封副（fù）前麵為末級（jí）葉輪出口的（de）高壓液體，端麵密（mì）封副之後與大氣壓（yā）或泵進口低壓區相通，靠密封形成高、低壓差（chà）平衡軸向力。該新型平衡（héng）軸（zhóu）封裝置，既能平衡軸向力，又根本上無泄漏，主要適（shì）用於深井潛（qián）水泵和（hé）節（jiē）段式多（duō）級泵，采（cǎi）用該裝置（zhì）後，泵總效率可提高3%-6%。

    1.6 輸送液－固兩相流時的多級離心（xīn）泵

1.6.1 軸向力平（píng）衡

    輸送灰漿、礦漿等（děng）介質的節段式多級（jí）渣漿離心泵，漿液的衝刷與磨蝕作用使得泵的轉（zhuǎn）子與定子（zǐ）之間的所有環形密封間隙增大，平衡盤與平衡盤座在軸向力作用下靠（kào）在一起，急劇磨損。整個轉子部件軸向竄動，葉輪與中段隔（gé）板、密封（fēng）環等高速（sù）碰撞、摩擦，產生碎裂，曾經導致了多次惡性事故的發生。為了延長這種泵的大修壽（shòu）命，減緩密封間隙的磨損速度，某單位在設計上采取了下列措施[3]：

    ① 改進泵的平衡機（jī）構，製造一（yī）個平衡盤座(平衡板)、兩個平衡盤，如圖1所示。這樣既可減（jiǎn）少該泵（bèng）運行（háng）初期的平衡機構泄漏損失，又可保證該泵運行後期的安（ān）全可靠，泵的大修壽命得亦延長（zhǎng）。

    ② 葉輪、密封環（huán）、軸套、導輪套、平衡盤、平衡盤座等采用噴焊處理。

    在（zài）華（huá）魯恒升國產化大氮肥項目一期工程中，高壓灰水泵采用了節段式多級離心泵，軸向力平衡裝置采用了“平衡鼓（gǔ）+止推軸瓦”的方式，由於軸向力平衡不好，泵軸的強度設計得也不夠，在（zài）使用中多（duō）次（cì）發生過平衡鼓損壞、軸瓦燒壞（huài）、抱軸、斷軸等的事故。在（zài）該公司大氮肥項目二期工程中，高壓灰水泵采（cǎi）用了水平（píng）中開式多級（jí）離心泵，葉輪對稱布置自動平衡了大部分軸向力，殘餘軸向力由止推軸（zhóu）承承受，沒有平衡盤（pán）、平衡鼓等（děng）平衡機構，現場運行狀（zhuàng）況良好，各項性能（néng）指標完全滿足了使用要求，投用10個多月（yuè）亦來，還沒出過問（wèn）題。

    1.6.2 級間（jiān）與軸端密封（fēng）

    為了克服和避免液（yè）－固兩相流介質中的硬性顆粒對旋轉件與靜止件間的磨蝕（shí），大連（lián）深藍（lán）泵業有限公司對多級泵的所有泵體密封環與節流套、密（mì）封（fēng）套采用（yòng）了反（fǎn）螺旋槽密封（fēng）結構，降低了顆（kē）粒磨蝕。

    在軸端還采用了無接觸（chù）迷宮螺旋密封加機械密封的組合密封結構，特別適合於液－固兩相流的介質。

    1.6.3 流速要從泵的轉速、泵的結構等（děng）各方麵考慮降低介質流（liú）速，亦減輕液－固兩相流介質（zhì）中的硬（yìng）性顆粒對多（duō）級泵的各處（chù）過流部（bù）件的衝刷磨蝕。泵的轉速要盡（jìn）量低，不宜選擇1450rpm亦上轉速。

    2 使用與維護方麵

    2.1 開（kāi）泵前

    當被輸送的高溫液體突然進入多級（jí）泵（bèng）冷的泵體時，泵（bèng）體的溫度會發生（shēng）很大的變化（huà），由於受（shòu）熱不均、熱變形的不統（tǒng）一（yī）導致泵體（tǐ）和轉子部件變形，耐磨部件間本身隻有（yǒu）很小的縫隙從而（ér）導致不正常的接觸。若設備在這種情（qíng）況下啟動，則會由於過熱而導致（zhì）振動、咬合、抱軸（zhóu）現象。所亦說，泵用於輸送高溫液體時，在（zài）啟動之前，須充分暖泵。隻有在泵體溫度達到（dào）一致時，才能啟（qǐ）動泵。在冷態下緊急啟動多（duō）級泵是不（bú）答應的。

    水煤漿氣化裝置上用來泵送（sòng）灰水的高壓差多級離心泵，投入運行後多次發生軸瓦和機封（fēng）損壞故障，就（jiù）是每次（cì）開泵前準（zhǔn）備工作不充分（fèn），盤泵、排氣方法（fǎ）不正確所致[7]。後來改進盤泵、排氣等工作後，沒再出現亦上問題。

    2.2 運行中

    靠平（píng）衡盤、平（píng）衡鼓等泵內平衡（héng）機構平衡軸向力的多（duō）級離（lí）心泵，平（píng）衡（héng）裝置內有平衡液體（tǐ）流（liú）出，平（píng）衡液體通過平衡（héng）管接至（zhì）泵的進口端（duān），為保證泵正常運行：

    a) 平衡管絕對不答應堵塞。

    b) 平衡管內發生結垢的，應及時喬蟠、疏通。

    c) 平衡管高壓側（cè）加裝壓力表，監測平衡管出口壓力。

    輸（shū）送渣漿的多級離心泵，采用（yòng）平衡盤的，運（yùn）行時（shí）需注入高壓密封清水，使平衡盤（pán）、平衡盤座在清水中工作，防止渣漿、硬顆粒對（duì）平衡（héng）盤座（zuò）、平衡盤的磨損。

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