关于攀钢热轧板厂漩流池泵站立式长轴液下泵存在问题分析及其改造
【摘要】对攀枝花钢铁公司轧钢厂立式长轴液下氧化铁皮泵使用寿命短的原因进行分析，对原立式长轴液下氧化铁皮泵设计缺陷进行了改进，使漩流池泵站立式长轴泵寿命大大延长。
【关键词】长轴泵；立式长轴泵；橡胶导轴承；润滑；改造
1 概述
攀钢热轧板厂漩流池泵站安装有国内某水泵厂于上世纪80年代设计、生产的600LA一40长轴
立式氧化铁皮泵共3台(Q=3 000 m ／h、H：40 m、泵的总长6 954 mm，配用电机功率N：475 kW、，l=740 r／min)，其结构形式为：叶轮浸没水中，采用导流器集流，泵轴和内、外管分为多节，中间采用联轴螺母联接。橡胶导轴承采用护管结构，起限制泵轴摆动和吸振作用，由填料函处注入清水润滑冷却。整泵是由中心旋转体部分和泵体部分组成。泵体部分是由滤网、导流器、外管、内护管、导轴承、底座、出口弯管、轴承箱和电机座等组成。其结构因当时国内客观条件限制存在许多不足，在热轧板厂的使用中故障频繁，使用寿命一般在1 000 h左右。有时甚至仅运行200 h就得被迫抢修。备件消耗和检修费用极大，泵站运行极为被动，给轧线的正常生产带来极大隐患。
2 水泵运行中存在的主要问题
水泵经检修运行一段时间后，就会出现泵体振动且逐渐加剧。同时伴随着较大噪音。经解体检查，发现叶轮叶片及轮毂、导流器、上下密封环、橡胶导轴承、轴承等磨损严重，同时出现泵轴弯曲、导轴承座支撑架断裂、护管两端不锈钢环严重磨损、滤网联接螺栓绞断脱落等现象。从泵的结构及零部件损坏情况来看，主要原因是泵中心旋转体径向摆动造成。
根据离心泵的设计原理和《泵装置手册》等参考文献分析，介质作用在叶轮径向力的合力为零，那么叶轮径向磨损及振动的主要原因是离心力变化增大的影响，还是橡胶轴承磨损量增大所致?根据泵厂提供的水泵设计参数及检修规程表明：由叶轮轴悬臂结构引起的横向最大绕度极小，不是叶轮等零部件磨损的主要原因。而从检修更换下来的橡胶轴承烧粘和磨损量来看，远远大于规定范围。很明显，冷却水润滑不良，加速了橡胶轴承磨损量的不断增大，引起叶轮旋转体横向偏移量迅速增加，很快导致叶轮和导流器及密封环直接擦。由于离心力的逐渐加大，叶轮原有的动平衡状态受到破坏，造成叶轮轮缘磨损而触发振动，振动引起其它零部件磨损的恶性循环，使得此泵运行的故障和事故频繁发生。为此，针对问题的主要矛盾和现场的具体情况，应重点对橡胶导轴承水润滑参数和结构进行改进。
3 橡胶导轴承润滑系统的改进设计
水润滑橡胶轴承作为立式长轴泵的中间导轴承，比金属轴承寿命长，吸振性能好，成本相对较低，特别是能极大地简化长轴承的结构。缺点是导热性能差，工作温度须在65℃ 以下要连续不断地以较低温度清洁冷却水润滑，因此，润滑参数的合理设计和选取是个关键。
3．1 原润滑设计参数的不足之处
原泵橡胶导轴承的润滑系统为串联供水形式，即从泵上部填料函处接人压力清水，顺护管内依次往下流人到最后一个导轴承，最后从叶轮平衡孔流出，润滑路线长近6 m，由于轴线回水温度一般在38℃ 以上，加上轴颈圆周速度u很大( u=3．14dn／60=3．14×0．12×740／60=4．64 m／s)．
润滑水象水帘一样被抛在较热的护管内壁，到达最后一个导轴承时，水温已上升较高。按原设计的压力为0．3 MPa，流量0．5 L／s的水润滑参数，可能满足不了全部橡胶导轴承的润滑要求，必须进行校核和设计。
3．2 润滑冷却水流量校核及计算
由《叶片泵设计手册》得，单个橡胶导轴承的润滑冷却水计算公式为：
q= cldu3/2／(427△t)
式中： q——冷却水量，l／s；
u— — 轴承内轴颈圆周速度，m／s；
f——橡胶轴承长度，am；
d——橡胶轴承内径，cm；
c——系数，由轴径圆周速度查有关资料得c=0．1533：
427—— 热功当量；
△t 冷却水温升△t=50一t1；
t1—— 润滑冷却水可能的最高温度，取值49℃ 。
代人上式得：q=0．78(L／s)
润滑水压力的准确计算必须综合考虑橡胶轴承通道中沿程损失和局部水力损失等因素，一般现场橡胶轴承润滑设计规范，选取比泵的实际出口压力高0．05～0．1 MPa冷却水压力，就可满足需要。实测本泵的出口最高压力为0．35 MPa，所以应选取润滑冷却水压力为0．4 MPa是完全可以达到本泵要求的。
3．3 润滑冷却水系统设计改造方案
原设计的流量和压力，均小于现场橡胶轴承水润滑的实际要求。为了彻底改变水泵润滑不良的状况，更有效减小橡胶轴承的磨损，我厂与水泵厂合作，采取并联供水的方式，对每个橡胶轴承单独供水，确保润滑效果。同时选取合理的润滑水参数：单独总供水量Q=5q=5×0．78=3．9 L／s=14 m ／h，按标准，选取Q=15 m ／h扬程日=40 m的管道泵即可。
4 其他改进措施
通过对润滑冷却水的供给方式及水压、水量进行改进后，在理论上能保证橡胶轴承的润滑要求，但水泵的运行寿命与泵本身的结构、检修质量有很大关系。对此，我们与水泵进行以下几个方面的改进，以确保泵的使用寿命超过3 000 h以上。
4．1 水泵的叶轮是悬臂安装，在铸造、加工以及水流等因素影响下，叶轮在转动时始终会有不平衡的离心力引起的振动，当不平衡量大时也会造成整体泵的振动。为了解决这个问题，采取叶轮下方进水口处增加一支点，有效地避免了径向摆动现象。
4．2 原水泵叶轮与轴之间的联接为螺纹联接。多轴螺纹联接方式使轴的对中性不高，且螺纹联接方式复杂，安装、拆卸较困难，存在安装时要二次加工，安装精度不易保证，为此，轴的联接采用甲壳式键传动的套筒联轴器连接，传动可靠，装拆方便。
4．3 另对一些零部件的材质进行了改进，使之更能满足水泵的运行要求和降低备件费用。如滤网材质原为不锈钢，现改为碳钢，联接螺栓由碳钢改为不锈钢。叶轮密封圈材质由不锈钢改为铸铝黄铜材质以降低备件费用。橡胶轴承由普通硬橡胶改为凡事可橡胶，以提高轴承的自润滑性能和使用寿命。
5 实际效果与结论
通过对漩流池1。600LA一40长轴泵从结构及材质等多方面的改进，该泵的运行寿命由原来小于1000 h提高到3300 h以上。特别是叶轮和橡胶轴承等易损件使用寿命大大延长，从而减少了维修工作量，节省了维修费用。
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