高压注水泵叶轮的平衡与补修整形

摘要：离心泵叶轮在使用前或在长期使用后，由于各种因素而使材料出现不同程度的剥蚀，在叶轮上产生偏心重量，使叶轮失衡，需要作刚性转子静平衡实验，即在叶轮上找到偏心重量，然后在轴对称点处配置适当的重量，使叶轮获得平衡，其配重方法可用环氧塑料和聚醚醚酮塑料涂层粘补及整形，这样既解决了惯性力的平衡，又增强了叶轮的耐磨损能力，减少了泵的振动，延长了泵的使用寿命。

关键词：离心泵；技术革新；静平衡实验；叶轮粘补应用

中图分类号：G424.31 文献标识码：A 文章编号：

A油田现有几十座注水站，并配有许多套高压注水泵机组，主要为DF300-150×11，电机功率为：2240kW,电机转速2950r/min。目前，正常工作条件下，一保（10000小时）进行全面检修，若泵的异常振动增大，可能出现叶轮个别流道堵塞或叶轮腐蚀，使叶轮出现径向偏重问题，需对泵的转子进行检修，使转子达到运转平衡，首先对叶轮进行静平衡实验，然后进行动平衡实验和校直泵轴，同时要满足叶轮与轴的垂直度的精度要求，可使转子得到平稳运转。

一、注水泵转子平衡

注水泵在高速运转时，由于惯性力，运动部件会引起附加的动力，这不仅会增大运动机构中的摩擦及部件中的内应力降低机械效率和使用寿命，而且这些惯性力都将传到泵的基础上，特别是由于这些惯性力的大小和方向一般都是周期性变化的，所以必将引起泵和基础产生强迫振动。如果这种振动的振幅较大，或者其频率接近于共振范围，不仅会影响泵的正常工作和使用寿命，还会使附近的工作设备及厂房建筑发生共振，给生产带来不良影响，甚至使设备遭到破坏。为了完全地或部分地消除惯性力的不良影响，就必须设法将部分的惯性力加以消除或减少，这就是实现泵转子运动平衡的目的。

1.1机械平衡

分为绕固定轴回转的构件的惯性力的平衡和往复运动及平面复合运动的构件的惯性力的平衡。

（1）刚性转子的平衡。在一般机械中，转子的工作转速一般n＜（0.6-0.75）nel（nel为转子的一阶自振频率），称这类转子为刚性转子。叶轮可视为盘状转子，质量可视为分布均布在同一平面内，若其重心不在回转轴线上，当其转动时，偏心重量就会产生惯性力，从而，在转动时，引起附加向心力，所谓刚性转子的静平衡，就是利用在刚性转子上加减配重的方法，使其重心与轴线相重合，从而使转子的惯性力得以平衡（即惯性力之和为零）的一种平衡措施。

设有一个盘状转子，知其具有偏心重量Q1、Q2、Q3，其回转半径分别为r1、r2、r3,转子以等角速度ω回转时，各偏心重量所产生的向心惯性力分别为：

P1=、P2=、P3=，

为了平衡这些向心惯性力，可在转子上加一个配重P，Y与P1、P2、P3相平衡。对与一个静不平衡的转子，无论它有多少个偏心重量，都只需适当加上一个配重，即可获得平衡，即在多个偏心重量矢量和的轴对称点处去除（或增加）一部分重量，使转子得到平衡：Qr=-Q′r′即可。

（2）绕性转子的平衡。在机械中还有一类转子，如气轮机、发电机等大型高速转子，其重量和跨度都很大，而且由于径向尺寸受到限制，使得这类转子日趋细长化，因而导致其自振频率降低，而其工作转速n又往往很高，当n≥（0.6-0.75）nel后，这类转子将会产生较大的弯曲变形，从而使向心惯性力大大增加，这类转子称为绕性转子。

1.2静平衡实验

由于制造的不精确、材料的不均匀及安装得不准确等原因，会出现不平衡现象，这是无法用设计计算加以确定而消除的因素，只有借助于平衡实验设备，以实验得方法来确定其不平衡重量的大小及方位，然后再加装配重（或减重）的方法予以平衡。将欲平衡的转子的轴支于两个水平放置的钢制刃口上，即可进行静平衡实验，该装置简单，但必须保证两刃口在同一水平面内，且互相平行，测试部件在刃口上滚动时，不易控制，故测试调整比较困难。见图1。

图1静平衡实验装置图

为了解决上述缺点，设计新的实验装置，见图2：新型平衡实验装置，采用一对滚动轴承，将被测转子进行水平支承，在支承上设一重锤和与重锤为一体的向上的指针，测试时，待被测转子静止后，依据重锤和指针在被测部件上设标识，将被测转子旋转90°至水平位置，将天平的一端的托盘改为卡子，测试前将天平调整归零，然后卡住转子的偏重端，若为了切削转子偏重端材料，可利用天平称出重量；若在转子偏轻端配重，可在转子偏重端对称处配重，待天平指针归零为准。

图2新的实验装置

1.3用环氧塑料粘补叶轮

叶轮经剥蚀后会出现孔、洞及局部凹坑等，由于叶轮的磨损或破损及叶轮流道内有堵塞异物，使输送液体在叶轮内偏流等，引起转子的平衡情况不良，使泵产生振动，需要修整损坏的流道和被剥蚀的叶轮表面。修整施工可采用环氧塑料粘补，环氧塑料的机械强度高，收缩率低，粘附能力强，化学性能稳定，工艺简单，硬度高，耐磨性好，具有较高的抗气蚀能力。环氧塑料主要由粘结剂、固化剂、增塑剂、及不同的填料组成。

（1）粘结剂。环氧塑料主要以环氧树脂为粘结剂。它能溶于丙酮、醋酸乙酯、乙二醇、甲醚、乙醇等溶剂。

（2）固化剂。常采用乙二胺、己二胺、间苯二胺（有毒）等，它们加入后，使环氧树脂分子结构改变，从而成为不溶、不熔的热固性物质。一般使用乙二胺时，用量为6%-8%（以环氧树脂为100份计），使用己二胺、间苯二胺时，用量为15%、因为固化剂用量不宜过大，如乙二胺用量大于10%时，就会边搅拌边硬化，用量少于5%时，则不易硬化。

（3）增塑剂。常用有二丁酯和蓖麻油等，增塑剂的作用是增加树脂的流动性，降低树脂硬化后的脆性，提高冲击强度，用量为15%-20%，用量不宜过大，以免影响机械强度。

（4）填料。填料主要有玻璃布、石棉布，铝粉、铜粉、金刚砂、石英砂、水泥等，加入填料的目的是减少环氧树脂的用量，降低塑料成本，和改善塑料的物理和机械性能。其中玻璃布、石棉布，属于纤维填料，纤维填料的机械强度和冲击强度比粉末填料高。使用填料的另一目的是提高工件表面的耐磨性能，因为填料是耐磨涂料的另一重要组分，它们一般是高硬度磨料，如刚玉、金刚砂、石英砂、碳化硼和一些金属氧化物等，称为耐磨涂料的填料。施工前，填料一般用量为200%-300%，填料使用前应在100-200℃温度下烘干。施工时，可用刮刀将塑料填实，涂抹光滑。其表面可采用环氧树脂加入石墨、铜粉、铁粉、5-10遍喷涂，在60℃温度烘干，涂膜表层有很好的弹性和韧性，能吸收部分气蚀泡破碎时所释放出的能量，因此，具有一定的抗气蚀能力，最佳涂层厚度0.8-1.0mm，由于表面喷涂可与粘补材料的凹凸不平的表面相嵌合，形成光滑的表面。

1.4用聚醚醚酮涂层保护叶轮

聚醚醚酮相对密度：（结晶）1.3g/cm3；拉伸伸长率23℃时，100MPa；250℃时，14MPa；弯曲强度：23℃时，165MPa；250℃时，13MPa；耐压强度：23℃时，118MPa。

（1）耐高温性。熔点334℃，连续使用温度为：260℃。

（2）机械性能。在260℃的情况下，具有优异的抵抗挤压蠕变的能力。

（3）耐化学腐蚀性。具有良好的抗酸、抗碱、芳香、盐和蒸汽能力。聚醚醚酮涂层厚度0.5mm，具有耐高温性、高耐磨性、表面光滑、摩擦力小等优异性能，在泵体中应用，可防腐、防垢，降低流体与泵之间的摩擦阻力，提高泵效，减小泵的动力消耗，达到节能降耗的目的。聚醚醚酮半晶态芳香族热塑性工程塑料，有稳定的物理、力学性能，施工简单，即：表面喷砂除锈-加热-静电喷涂-烘干-冷却成形。

二、应用效果

（1）刃口支架平衡实验，当叶轮转动时，易出现偏转现象，核实偏重量时，较烦琐。

（2）轴承支架平衡实验，操作简单，核实偏重量容易。

（3）环氧塑料可采用粉末和纤维组合涂层，可改善涂层性能。

（4）聚醚醚酮涂层不仅在高压注水泵上应用而且在输油泵、掺水泵和热洗泵叶轮上进行涂膜应用，运行效果良好，聚醚醚酮涂层使用寿命3-4年。

三、结束语

静平衡实验是调整泵转子的基础工作，也是一项便于操作的工作，利用表面涂层可适当调整叶轮的偏重量，若叶轮腐蚀量大，可采用轴对称切削法调节平衡，然后填涂，由于涂层提高了表面光洁度，减少了输送介质与泵体流道的摩擦力，即提高了泵的效率，又因为涂层对泵起到了保护作用，可延长泵的使用寿命。在高速机械和精密机械中，实现运动平衡更具有重要意义。

参考文献：

[1] 中国石油天然气集团公司人事服务中心主编.注输泵修理工[M].石油大学出版社，2004.