采用不解体方式解决多级鲁尔泵口环卡死的维修方法与流程

本发明属于油气输送设备技术领域。

背景技术：

原油是工业的血液，而输油泵更如同原油管道运输的心脏。离心泵机组作为石油管道输送介质的主动力源，泵体内叶轮口环与泵体口环之间配合运转的好坏将直接影响设备的运行状态和工作效率。

目前，针对国外生产的多级鲁尔离心泵的叶轮口环与泵体口环出现“卡死”的设备故障，国内外知名泵机组制造商、行业领域专家和各大院校研究者所采取的技术手段基本都是通过对泵机组开盖、解体后再进行检查和维修，由于国外泵机组的制造规格严、装配精度高，所以对多级泵而言，开盖和解体不仅需要齐全的专用维修检测工具和专业的高级技师，同时还要聘请国外企业专业技术人员到现场指导，大大增加了设备维修的工作量、整体工期和维修费用。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种采用不解体方式解决多级鲁尔泵口环卡死的维修方法，它可降低设备故障对管道运行的影响，大幅减少维修费用，提高工作效率。本发明的技术方案如下：

(1)安装轴承下瓦。安装泵轴两端的滑动轴承下瓦(不装机械密封和止推轴承盘)，安装定位销，尝试盘车；

(2)润滑腔体部件。拆解两端腔体密封锁定盘，充分润滑各开启与隐蔽部位；

(3)灌注抗咬合剂。由二硫化钼、Sipernat22催化剂按质量比1:20—30组成复合添加剂，由复合添加剂与LA40燃气发动机油的混合润滑剂按质量比1:6—10混合组成灌注抗咬合剂，将灌注抗咬合剂采用灌泵方式润滑叶轮口环与泵体口环“粘连”或“卡阻”处，再次尝试盘车；

(4)调整水平(垂直)串量。因止推轴承未装，结合泵体口环与叶轮口环水平方向端面间隙约为4mm，考虑调整时不破坏泵体和叶轮，因此调整水平方向串量的量程为±3.0mm，以0.5mm做为一个步长进行调整，记录并标记调整位置和调整量，然后盘车测试；在千分表的刻度限制下，同时调整垂直方向串量，考虑调整时不破坏泵体口环和叶轮口环，因此垂直方向串量控制在0.1～0.15mm之间，记录并标记调整位置和调整量。

(5)施加剪切外力。人工加力无效时，使用液压千斤顶作为辅助加力工具，通过环向盘车，逆时针和顺时针重复加力，克服“咬合”或“卡阻”所带来的轴向应力和径向应力，促使其回归到最稳定的初始状态，达到还原修复的目的。

本发明的有益效果是：1、该技术添补了国内泵机组维修方面的一项技术空白，即采取“不开盖不解体”工艺解决泵机组口环卡死的技术难题。2、依据详细的理论计算通过调整轴向(径向)串量和施加剪切力能够完全消除泵机组叶轮口环和泵体口环的卡死故障。3、该“不开盖不解体”的维修技术不仅不需要液压扳手等专用维修工具，而且也不需要做动静平衡实验，只需要日常维修工具，避免了工器具不足的问题。4、维修工作量少，维修周期短，预计维修工期为4天左右，若采取开盖/解体或返厂维修方式，预计工期为3-8个月左右。5、在修复费用上只需要聘请3个高级技师，若采取开盖/解体方案将会额外产生备品备件及维修检测工具费用120万、检测费25万、大修费90万、聘请国外专家费60万等等。采取该技术预计可节约大修费用300万左右。

附图说明

图1是本发明中多级鲁尔泵结构图；

图2是本发明中多级鲁尔泵的叶轮转子与泵体口环被卡死的简易结构图；

图3是被卡死状态的受力分析图；

图4是本发明计算数值表明流量、口环间隙与轴向力之间的变化关系图；

图5a、图5b是径向力作用在叶轮微元体上的受力分析图；

图6是本发明计算数值表明流量、口环间隙与径向力之间的变化关系图；

图7是本发明通过分析和计算，泵机组叶轮口环与泵体口环的剪切力修复模型框图。

具体实施方式

实施例1

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1、2所示，1是叶轮转子、2是叶轮口环、3是泵体口环、4是泵轴、5是杂质。

卡死状态的受力分析

(1)轴向力的力学分析：受力分析与算法模型

对多级离心泵在三种不同口环间隙(0mm、0.25mm、0.5mm)下进行数值分析，研究口环间隙从咬合--达标--放大的变化规律。如图3。

叶轮所承受轴向力为：F＝Fr2a-r2i+Fr2i-rh-Fr1a-r2a-Λ2-Fn

叶轮前盖板内侧受力：

前盖板外侧受力：

叶轮后盖板外侧受力：

动反力：A2＝ρQ1(vm0-vm3cosα)

当泵稳定运行后，动反力A2不发生变化，叶轮进口压力取为0时，Fn＝0，稳定工况下Fr2a-r2i、Fr2i-rh、Fr1a-r2a变化主要取决于叶轮盖板上的压力。各级的进口压力、出口压力以及叶轮的出口压力在稳定工作的情况下也不会发生变化，从叶轮出口到密封间隙处的压力变化及分布取决于叶轮和泵壁之间的液体流动状况。在流量不同时，密封的泄露值取决于密封间隙的大小，由此可知，Fr2a-r2i、Fr2i-rh、Fr1a-r2a是以密封间隙值为自变量的函数。

(2)计算数值表明流量、口环间隙与轴向力之间的变化关系

当流量不变时，叶轮口环轴向力随着间隙的增大而增大，呈现正相关；当间隙不变时，轴向力随流量变化而变化，当流量<1200m³/h，流量越小，轴向力越大，呈现平缓负相关，当流量>1200m³/h，流量越大、轴向力越大，呈现正相关。如图4。

(3)径向力的力学分析：受力分析与算法模型

受力分析：作用在叶轮微元体上的力四个，如图所示

①微元体的离心dC；

②作用在AB截面上的径向力dP′；

③作用在CD截面上的径向力dP；

④两个作用在径向截面上的切向力dT。

如图5a、图5b。

离心力dC：dC＝ρR²ω²ydRdθ

式中：ρ—叶轮材料密度；R—叶轮某截面的半径；w—叶轮旋转角速度；y—半径R处叶轮厚度。

径向力dP、dP′：dP＝σryRdθ

dP＝σryRdθ+σr(ydR+Rdy)dθ+Rydσrdθ

切向力dT：dT＝σθydR

(4)计算数值表明流量、口环间隙与径向力之间的变化关系

叶轮在三种不同口环间隙值下所受到的径向力变化：当流量保持不变时，径向力随着口环间隙值的减小而减小；当口环间隙值保持不变时，径向力随着流量的增大而减小。如图6。

施加剪切力的计算过程

通过分析和计算，泵机组叶轮口环与泵体口环的剪切力修复模型如图7，利用施加三个不同台阶的剪切力来消除“咬合”应力。

(1)泵体口环与叶轮口环之间的咬合力F咬：

间隙为0～0.5mm时，F咬＝5492～9433N，水平夹角θ＝29°～42°

(2)计算剪切力：

F＝F咬，F＝Mn/r·sinα，α＝180°-θ，r为叶轮口环外径

①Mn1＝F1·r·sinα1≈470N·M

②Mn2＝F2·r·sinα2≈520N·M

③Mn3＝F3·r·sinα3≈590N·M

(3)理论计算与实践经验相结合：

施加剪切力范围为250N·M～590N·M，按照三个不同台阶(250N·M～350N·M、350N·M～520N·M、520N·M～590N·M)逐渐增加。

详细操作步骤共分为十五步：

①安装泵轴驱动端和非驱动端的滑动轴承下瓦和定位销后尝试进行盘车(不安装机械密封和止推轴承盘，确保水平方向串量为±4mm)。

②拆解两端腔体密封锁定盘，充分润滑各开启与隐蔽部位，包括驱动端和非驱动端的喉部衬套、腔体密封衬套等。

③从泵体排气放空管路灌注抗咬合剂，由二硫化钼、Sipernat22催化剂按质量比1:25组成复合添加剂，由复合添加剂与LA40燃气发动机油的混合润滑剂按质量比1:8混合组成灌注抗咬合剂，将灌注抗咬合剂采用灌泵方式润滑叶轮口环与泵体口环“粘连”或“卡阻”处，进行强制润滑，充分浸泡后再次尝试人工盘车。若前三步无效，则开始调整串量并施加剪切力。

④标记主轴初始位置(现场盘不动的位置)，标记水平方向测试串量量程的上下限位置(-3.0～+3.0mm)，利用千分表水平正方向调整1个步长串量(+0.5mm)，记录并标记调整位置和调整量，人工盘车尝试，若盘不动车，则开始施加剪切力来消除咬合力：施加第一个台阶的剪切力尝试盘车(250N·M—350N·M)；若盘不动车，施加第二个台阶的剪切力尝试盘车(350N·M—520N·M)；若盘不动车，施加第三个台阶的剪切力尝试盘车(520N·M—590N·M)；若盘不动车，则采用液压千斤顶方式调整垂直方向调整串量(0.1～0.15mm之间)，记录并标记调整位置和调整量，人工盘车尝试；若盘不动车，则按照三个台阶方式施加剪切力；若依然盘不动车，则恢复初始状态。

⑤利用千分表水平反方向调整1个步长串量(-0.5mm)，然后按照步骤4依次操作；

⑥利用千分表水平正方向调整2个步长串量(+1.0mm)，然后按照步骤4依次操作；

⑦利用千分表水平负方向调整2个步长串量(-1.0mm)，然后按照步骤4依次操作；

⑧利用千分表水平正方向调整3个步长串量(+1.5mm)，然后按照步骤4依次操作；

⑨利用千分表水平负方向调整3个步长串量(-1.5mm)，然后按照步骤4依次操作；

⑩利用千分表水平正方向调整4个步长串量(+2.0mm)，然后按照步骤4依次操作；

利用千分表水平负方向调整4个步长串量(-2.0mm)，然后按照步骤4依次操作；

利用千分表水平正方向调整5个步长串量(+2.5mm)，然后按照步骤4依次操作；

利用千分表水平负方向调整5个步长串量(-2.5mm)，然后按照步骤4依次操作；

利用千分表水平正方向调整6个步长串量(+3.0mm)，然后按照步骤4依次操作；

利用千分表水平负方向调整6个步长串量(-3.0mm)，然后按照步骤4依次操作；直到解决泵口环卡死故障。