水環(huán)式真空泵故障分析

　　針對2BE1-403-0E 型水環(huán)式真空泵運行現狀，系統分析了水環(huán)式真空泵常發(fā)故障的原因，并提供了水環(huán)式真空泵軸承故障分析的經(jīng)驗，供大家參考。

1、引言

　　2BE1-403 - 0E 型水環(huán)式真空泵主要作用是抽去水平帶式過(guò)濾機內氣體，為過(guò)濾機提供真空環(huán)境。真空泵如果不能正常運轉，相對應的過(guò)濾機也就無(wú)法工作。該真空泵在運行過(guò)程中，經(jīng)常出現筒體與側板腐蝕泄漏、真空度過(guò)低、流量不足等問(wèn)題，造成設備運行技術(shù)指標不合格，無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求，導致頻繁停機檢修，這直接影響到整個(gè)裝置的正常生產(chǎn)。為此，針對此現狀，為解決該裝置瓶頸，將2BE1-403-0E型水環(huán)式真空泵改造作為技術(shù)攻關(guān)改造項目。

2、設備參數與工作原理

　　2.1、真空泵的性能參數

　　真空泵的性能參數表如表1 所列。輸送介質(zhì)為水平帶式過(guò)濾機內氣體。工作液為管網(wǎng)化學(xué)循環(huán)水。

表1 真空泵的性能參數表

　　2.2、2BE1-403-0E 型水環(huán)式真空泵工作原理

　　水環(huán)式真空泵主要由兩側的端蓋、與端蓋緊挨著(zhù)的側板、中間的筒體、中間的葉輪共同組成，見(jiàn)圖1。

圖1 水環(huán)式真空泵結構圖

　　2.3、2BE1-403-0E 型水環(huán)式真空泵工作原理

　　首先在水環(huán)式真空泵圓柱形泵缸內注入約1 /3量的工作液，葉輪偏心地裝在泵缸內，當葉輪按圖中順時(shí)針?lè )较蛐�轉時(shí)，水被葉輪拋向四周，形成了一個(gè)決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉水環(huán)。由于離心力的作用，此時(shí)葉輪輪轂與水環(huán)之間形成一個(gè)月牙形空間，而這一空間又被葉輪分成和葉片數目相等的若干個(gè)小腔。如果以葉輪的6 點(diǎn)鐘方向為基準點(diǎn)，那么葉輪在之前的前180°時(shí)封閉小腔的容積由小變大，形成負壓。此時(shí)氣體由吸氣口被吸入，當吸氣終了時(shí)小腔則與吸氣口隔絕。當葉輪繼續旋轉，經(jīng)過(guò)6點(diǎn)鐘基準方向，小腔開(kāi)始由大變小，使氣體被壓縮; 當小腔與排氣口相通時(shí)，氣與水便由排氣孔經(jīng)接頭沿排氣管進(jìn)入氣水分離器中，自動(dòng)分離后氣體再由放氣管放出，而工作液流回腔內重復使用，如圖2 所示。

圖2 水環(huán)式真空泵工作原理圖

3、真空泵的現狀調查

　　根據設備拆開(kāi)檢查分析，將故障類(lèi)型大致分為以下幾類(lèi)。

　　(1) 側板和筒體腐蝕變形嚴重如圖3、4 所示，有時(shí)甚至穿孔泄漏。

圖3 側板、筒體腐蝕情況

圖4 筒體腐蝕補疤情況

　　(2) 水環(huán)式真空泵真空度過(guò)低，不能滿(mǎn)足過(guò)濾機的生產(chǎn)工藝要求。

　　(3) 水環(huán)式真空泵在這幾年流量嚴重不足，導致其他裝置不能滿(mǎn)負荷運轉，最終影響催化劑產(chǎn)量。

　　(4) 在設備長(cháng)周期運轉中，經(jīng)常出現真空泵兩端軸承磨損或轉子軸頭磨損，使得軸承跑套，設備振動(dòng)，響聲大，嚴重時(shí)無(wú)法正常運行。

4、設備故障原因分析

　　4.1、筒體和側板腐蝕變形分析

　　2BE1-403-0E 型真空泵為水環(huán)氣體泵，其筒體及側板都是由碳鋼鋼板卷制焊接而成。碳鋼在純凈的水中，腐蝕速度較小，但只要水中含有少量的酸性離子，材料的腐蝕速度就會(huì )明顯加快。催化劑裝置的水平帶式濾機，在生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)濾的NY 分子篩濾餅中的某些物質(zhì)會(huì )分解散發(fā)出三氧化硫，氯化氫氣體。這些酸性氣體隨其他氣體一起被水環(huán)真空泵吸入泵腔。真空泵中加入的工作液為管網(wǎng)化學(xué)水，其中含有硫酸離子。含有硫酸離子的工作液與工作介質(zhì)中的三氧化硫，氯化氫發(fā)生化學(xué)反應，生成稀硫酸和鹽酸，直接腐蝕筒體和側板。腐蝕配件反應機理如下。

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Fe + H20 + SO3 = FeSO4 + H2( 鐵)

　　另一方面，真空泵吸入的工作介質(zhì)中混有固體顆粒狀催化劑半成品。這些白色固體顆粒物和腔內化學(xué)反應生成的酸性液體混合，成為強酸性稀泥漿。這種稀泥漿在葉輪的帶動(dòng)下高速旋轉，將結構疏松的FeCl2，FeSO4迅速磨損掉。這種磨損對未被腐蝕的碳鋼材料磨損破壞也非常嚴重。酸性腐蝕和固體顆粒物磨損共同作用，使筒體和側板不斷的非均勻減薄，直至穿孔泄露。

　　2BE1-403-0E 型水環(huán)式真空泵的設計極限真空度達到了98 kPa，而改造之前普遍偏低。

　　4.2、真空泵真空度過(guò)低分析

　　在70 KPa 上下浮動(dòng)。排除設備老化的因素，主要是由于酸腐蝕及固體顆粒物磨損，增大了葉輪邊緣與筒體和側板之間的距離，破壞了壓縮流道的幾何形狀，引起湍流和回流。真空泵流道的幾何形狀是經(jīng)過(guò)模擬計算并反復試驗確定的，一旦流道破壞就會(huì )使真空泵的效率急劇下降，直接導致真空泵真空度不達標。

　　4.3、水環(huán)式真空泵流量嚴重不足分析

　　由于真空泵殼體長(cháng)時(shí)間結垢，形成很厚污垢，將泵殼空間堵塞，如圖5 所示。在污垢中，酸腐蝕及固體顆粒物磨損，破壞了泵壓縮流道的幾何形狀，引起湍流和回流。電機軸端輸入的能量有相當大的一部分以泵腔內液體激烈碰撞的形式轉化為輸送介質(zhì)的內能，而不是動(dòng)能。另外，由于酸性泥漿的腐蝕，泵的流道內凹凸不平，固體顆粒物大量附著(zhù)在內壁上，減小了流通截面。最終導致水環(huán)式真空泵流量嚴重不足，耽誤生產(chǎn)。

圖5 殼體積料

　　4.4、水環(huán)式真空泵軸承頻繁更換，運行噪聲大

　　真空泵筒體與側板內壁腐蝕磨損嚴重，非常粗糙。這增大了葉輪邊緣與筒體和側板之間的距離，破壞了原本穩定的層流液環(huán)。白色酸性稀泥漿裹挾著(zhù)介質(zhì)氣體以湍流的形式在筒體內激烈碰撞，引起真空泵劇烈振動(dòng)，損壞軸承并產(chǎn)生噪音。

5、分析軸承故障舉例

　　2011 年3 月9 日，監測人員在監測過(guò)程中發(fā)現該泵后端軸承箱發(fā)出“轟隆隆”間斷異常響聲，溫度較高為61 ℃。通過(guò)儀器軸承振動(dòng)儀監測數據，如表2 所列。

　　故障原因分析，觀(guān)察振動(dòng)值和CF 值: OA 值前后端垂直方向峰值高達28. 31 mm/s，前端軸承有磨損。

　　觀(guān)察分析真空泵自由端的垂直、水平、軸向三個(gè)方向頻譜圖，如圖6 ～ 8 所示。

表2 二套分子篩裝置真空泵監測數據

圖6 真空泵自由端垂直方向頻譜圖  圖7 真空泵自由端水平方向

圖8 真空泵自由端的軸向方向

　　圖6 頻譜圖反映在低頻處頻帶，峰值都很高，達到22. 19 mm/s，說(shuō)明真空泵自由端軸承振動(dòng)嚴重。圖7、8 頻譜圖可看出兩圖形基本相同，都有明顯軸承倍頻，邊帶現象。說(shuō)明真空泵自由端存在軸承故障。同時(shí)，憑借經(jīng)驗結合表2 振動(dòng)OA 值，觀(guān)察數據分析，初步認為軸承磨損，轉子存在不平衡現象。及時(shí)向車(chē)間施工反映該設備狀況，建議檢修處理故障。

　　在2011 年3 月10 日打開(kāi)設備拆檢配件，發(fā)現軸承跑外套，軸承盒磨損0. 55 mm，軸磨損0. 90 mm，形成溝槽，如圖9 所示。

圖9 真空泵自由端的軸頭

　　處理過(guò)程: 對真空泵轉子自由端的軸頭進(jìn)行了堆焊加工處理，并更換32230 二套軸承和6230 一套軸承。檢修后試車(chē)，設備運行正常。

6、結論

　　2BE1-403-0E 型水環(huán)式真空泵在長(cháng)期使用中，經(jīng)常發(fā)生的這種類(lèi)型的故障，經(jīng)過(guò)不斷的分析，對故障進(jìn)行針對性處理后，可繼續延長(cháng)設備的運行周期，大大降低了檢維修成本費用。