24SA―18离心泵轴承损坏原因分析与处理
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摘要：宁夏红寺堡扬水工程新庄集二泵站的24sa-18型离心泵在运行过程中，经常出现轴承发热、烧损及振动等故障，经过认真分析研究，发现原装水泵结构存在严重缺陷，在很大程度上影响了泵的安全运行。通过对水泵转子进行结构改造，弥补了原装水泵的结构缺陷，解决了影响运行的故障因素。
宁夏红寺堡扬水工程新庄集二泵站于2001年9月建成，2001年10月投入运行，是红寺堡灌区新庄集支线的第二级泵站。泵站设计流量4.19m3/s，设计总扬程30.9m，总装机容量2790kW，控制灌溉面积0.88万hm2，泵站灌溉面积0.23万hm2。泵站共安装5台卧式离心泵，其中3台32SA-19型水泵，单机流量为1.46m3/s，2台24SA-18型水泵，单机流量为0.90m3/s，配套电机分别为Y5601-8型630kW电机和Y4501-6型450kW电机，设计运行方式为3大1小运行。在泵站进行扬水生产的过程中，发现原装24SA-18型水泵结构存在严重缺陷，在很大程度上影响了水泵的安全运行。主要是泵轴中部没有设计轴套紧固螺母，而将所有轴套引出至轴端，利用轴端的紧固螺母来锁紧轴套。这样设计的后果是机组运行时，泵轴中间的6节护轴套极易随着转子受到弯扭作用而松动，进而磨损泵轴、填料，并使部分渗漏水直接窜入轴承腔造成轴承不良而发热烧损。在上水高峰期，曾多次发生此类故障停机大修，导致泵站级间流量不匹配，直接影响到渠道水量的调度和灌区的正常灌溉。
针对以上问题，2011年9月经过对24SA-18型原装水泵结构的反复研究及现场测绘，于2011年10月和2012年3月分别对新庄集二泵站5#、4#水泵转子进行了结构改造。具体技术措施为，重新设计制造24SA-18型水泵泵轴及护轴套，在泵轴两侧轴套配合面尾端加工轴套紧固螺纹，将原水泵转子两侧共6节护轴套缩减为2节，重新加工水泵叶轮孔及轴承体端盖，加装水泵轴套螺母和填料函挡水圈。
经过2011年冬灌和2012年春灌试运行试验，改造后的5#和4#水泵运行平稳，各项运行指标均符合技术规范要求。尤其彻底解决了转子护轴套尾端无紧固螺母，轴套易松动的结构缺陷，大大减少了水泵填料函的泄漏，排除了轴承腔进水的隐患，延长了轴承的运行寿命，对提高水泵运行效率和安全性、可靠性，延长设备大修周期，节约维修费用，具有十分重要的意义。
1.设备概况
1.124SA-18型离心泵的主要性能参数 设计流量3240m3/h，设计扬程32.0m，转速960r/min，配用电机功率450kW。
1224SA-18型离心泵的主要结构 该泵为水平中开式单级双吸离心泵，泵转子由两端的滚动轴承支承。泵由1）泵体、2）泵盖、3）叶轮、4）泵轴、5）密封环、6）轴套甲、7）填料套、8）轴套乙、9）轴套丙、10）轴承部件、11）轴承衬套和12）联轴器等主要零部件组成，如图1所示。
2.设备故障情况和原因分析
2.124SA-18型离心泵现场运行情况 1）该泵输送的介质为黄河水，水中泥沙含量大，多年平均含沙量4.70-6.21kg/m3，泥沙中含有大量的石英砂、长石，平均粒径0.015-0.020mm；2）水泵轴承经常损坏。每年3月大修更换轴承，运行到8月秋灌结束时，轴承便失效需要更换，平均运行寿命仅2400h，个别情况下仅运行700h就出现故障，需紧急停泵更换；3）新填料（又称盘根）磨损快，填料函泄漏较大；4）轴承体轴封密封不严，轴承腔内易渗漏进水，造成轴承不良而发热烧损；5）两侧轴承体振动偏大；6）泵经常检修，频繁拆装轴承体，更换轴承，造成轴承体、泵轴、轴承衬套及轴承的磨损和人为损坏，严重影响泵的正常安全运行。
2.224SA-18型离心泵故障原因分析 针对泵的结构及现场运行条件，进行分析研究，得出以下几方面原因：1）该泵结构设计有很大的缺陷。主要是泵轴中部轴套配合面尾端没有设计轴套紧固螺纹，而将甲、乙、丙3节轴套（总长565.000mm）引出至轴端，利用轴端的紧固螺母来锁紧轴套（见图1）。这样设计的后果是机组运行时，泵轴中间的3节护轴套极易随着转子转动受到弯矩、扭矩作用而松动，进而磨损泵轴和填料函内的填料，使填料函泄漏增大，部分渗漏水便沿着泵轴与轴套的配合间隙直接窜入轴承腔造成轴承不良而发热烧损。2）该泵轴承体与填料函距离较近，填料函内滋出的泥沙水可直接溅射到轴承腔内。原泵轴承体采用唇形密封圈对泵轴上的轴套丙与轴承盖的通孔进行密封，但经过长期运行后，轴承体上安装的唇形密封圈已严重磨损，轴套丙与唇形密封圈之间的半径间隙达2.000-3.000mm，已失去密封作用，加之轴承体与填料函之间的挡水圈外径偏小，填料函内滋出的泥沙水可直接通过该间隙，溅入轴承腔，使轴承内脂稀释变质而不良，引起轴承锈蚀、磨损、发热，严重时即导致轴承抱轴而损坏轴承和轴颈。3）该泵泵轴属于细长轴，材料为45#钢，泵轴总长L=1930.000/mm，最大直径d=95.000mm，长径比L/d=20.3，长径比较大，因此泵轴整体刚性和强度较差，在运行时转子容易弯曲，引起轴承体振动。尤其在机组起动时作用在泵轴上的起动转矩很大，易使泵轴弯曲，多节护轴套互相挤压造成轴套及泵轴端部的紧固螺母松动，进而引发一系列故障，导致轴承损坏。4）填料函内所加的盘根质量不过关或检修时添加盘根的方法不对，运行中不仅盘根磨损快，而且磨损轴套外圆，使填料函内盘根的密封间隙增大，接头错位，逐步失去密封效果，导致泄漏加剧。5）此外，泵经常检修，频繁拆装轴承体，更换轴承，导致轴承与轴颈、轴承座配合不良，检修时由于装配方法不妥，使轴承损伤或安装位置不正确造成轴承偏磨以及轴承本身质量不佳，间隙过大，添加的油量过多等也易引起此类故障的发生。
3.24SA-18离心泵转子结构改造方案
3.1泵轴的改造 为使泵可靠运行，将泵轴最大直径由95.000mm增至105.000mm，泵轴改用合金结构钢，轴材质为40Cr钢，经过调质处理后，具有良好的综合机械性能，抗交变扭应力能力强，可进一步提高轴的强度和刚度，有效防止泵轴弯曲。在泵轴中部轴套配合面尾端加工轴套紧固螺纹，加装轴套螺母，改变原装水泵轴套与轴承在轴端共用一套锁紧螺母的结构，大大减少了轴套松动的机率，改善了泵轴的结构受力和运行状态。
3.2叶轮的改造 将叶轮内孔由95.000mm车削至105.000mm，重新插削叶轮键槽。
3.3轴套的改造 重新设计加工轴套，将轴承衬套前端的3节护轴套（总长565.000mm）整合为一节护轴套（总长400.000mm），轴套尾端采用2只轴套螺母锁紧。
3.4轴承体改造 重新加工轴承体端盖，在端盖内孔壁与泵轴之间加装95×120×12的橡胶骨架式唇形密封圈，保证轴承体与泵轴之间的有效密封。
3.5其他方面 重新定制轴承体与填料函之间的橡胶挡水圈，增大挡水圈外径，通过挡水圈的转动，避免泄漏水流直接飞溅到轴承体上；选用质量优良的盘根，检修时注重盘根添加的方式、方法，运行中及时调节盘根压盖的松紧度，保证填料函的正常泄漏；优化调度，减少机组开停机次数，避免水泵倒转。
4.改造后泵的运行情况
2011年10月-2012年3月，我们相继对两台24SA-18离心泵转子进行了结构改造，经过2011年冬灌和2012年春灌试运行试验和连续几个月的运行，改造后的水泵转子运行平稳，振动值、温度、定子电流、流量等各项运行指标均符合技术规范要求（见表1）。
改造结果分析：1）改造后，4#、5#水泵轴承体振动值均大为降低，振动值符合《泵站安装及验收规范》SL317-2004的要求；2）改造后4#水泵效率由77.0%提高到了81.4%，5#水泵效率由77.6%提高到了79.3%，可有效降低机组能耗，提高泵站运行的综合效益，达到高效低耗经济运行的目的。
5.结束语
从试验结果可以得出以下结论：通过对24SA-18离心泵转子进行结构改造，使水泵转子结构更加紧凑、合理，转子刚度大为提高，运行更加平稳。经过几个月的运行考核，原来水泵出现的一些问题都得到了很好地解决。既降低了检修及安装工作的难度，延长了水泵大修周期，又在很大程度上确保了设备安全、稳定运行，保证了梯级扬水泵站级间流量匹配和渠道系统水位稳定，为充分发挥扬水灌区水资源效益奠定了基础。
从24SA-18离心泵运行过程中暴露出的问题给予了我们一些启示，由于设备选型的失误和制造质量不好，给安全生产带来了不稳定因素，并且增加了很多检修工作量。但只要针对出现的问题，找出解决问题的方法和措施，也可以使设备更完善，达到安全可靠运行的目的。此外，本次技术改造的研究方法对今后解决类似问题也提供了一定的借鉴作用。