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G 型螺杆泵主要故障解析:成因、鉴别与应对逻辑

G 型螺杆泵主要故障解析:成因、鉴别与应对逻辑

发布时间:2025.07.10

G 型螺杆泵作为容积式转子泵的典型代表,其工作环境多为高粘度、含颗粒或腐蚀性介质,故障模式与离心泵、齿轮泵存在显著差异。深入理解其核心故障的表现形式、成因及鉴别方法,是石油化工、污水处理等行业保障连续生产的关键。以下从流量异常、动力系统故障、密封失效三大类展开分析:

一、流量与压力异常类故障:从介质特性到结构磨损的连锁反应

(一)流量骤降或无输出

1. 核心成因与鉴别

· 吸入管路气蚀:介质含气(如原油中的溶解气)或吸入管漏气时,泵腔无法形成有效密封容腔,表现为流量波动伴随 “嘶嘶” 气蚀声,压力表指针剧烈摆动。可通过关闭出口阀检测真空度(正常应≥-0.05MPa,低于此值提示漏气)。

· 螺杆 - 衬套间隙超限:长期输送含砂介质会导致螺杆牙顶磨损、衬套内壁龟裂,间隙从初始 0.1mm 增至 0.5mm 以上时,容积效率下降>30%。拆解后可见螺杆表面沟痕,衬套橡胶出现 “啃咬” 痕迹。

· 介质粘度突变:油温骤降导致原油粘度从 500cSt 升至 5000cSt 时,超出泵设计范围,流量可下降 50% 以上,此时电机电流显著升高(超额定值 15%),泵体温度异常(比环境高 30℃以上)。

2. 应对逻辑

· 气蚀问题需检查吸入管法兰密封(更换丁腈橡胶垫片)、加装油气分离器;

· 间隙超限必须成套更换螺杆与衬套(单换其一将加剧磨损),含砂介质场景建议升级为碳化钨涂层螺杆;

· 粘度突变需配套伴热系统(维持介质温度≥50℃),或选用大导程螺杆型号(如导程从 100mm 增至 150mm)。

(二)压力异常波动

1. 典型表现与根源

· 出口管路堵塞:过滤器滤网破损导致颗粒进入管路,或高粘度介质冷却凝固,表现为压力骤升(超额定值 20%)后骤降,泵体振动幅值>5.5mm/s(ISO 10816 标准)。拆检出口阀可见阀芯卡滞痕迹。

· 衬套局部脱胶:橡胶衬套与金属外套粘合失效时,局部形成 “弹性失效区”,压力波动周期与螺杆转速同步(如 1500r/min 时波动频率 25Hz),听诊可闻及周期性 “闷响”。

· 安全阀起跳失灵:石化行业常用的弹簧式安全阀(起跳压力 1.1 倍额定值)若卡涩,会导致压力持续升高,最终引发机械密封泄漏,此时安全阀出口法兰有介质喷溅痕迹。

2. 解决路径

· 管路堵塞需拆解清理,升级为自清洁过滤器(带反冲洗功能);

· 衬套脱胶必须整体更换,安装时确保过盈配合(衬套外径比泵腔大 0.1-0.2mm);

· 安全阀需每月手动校验(缓慢升压至起跳值),更换抗结垢弹簧(如 Inconel 718 材质)。

二、动力与传动系统故障:从电机过载到机械损伤的递进关系

(一)电机过载烧毁

1. 多因素耦合机制

· 介质卡滞:输送含纤维介质(如化工废渣)时,纤维缠绕螺杆导致扭矩骤增,电机电流 3 秒内升至额定值 2 倍以上,热继电器未及时跳闸(设定值过高),最终绕组绝缘击穿。解体电机可见转子笼条断裂,绕组发黑碳化。

· 轴承抱死:轴承缺油(润滑脂填充量<1/3 腔室)或安装偏斜(轴向游隙>0.3mm),导致摩擦升温至 150℃以上,滚珠与滚道形成 “熔焊” 痕迹,传动系统卡死。振动频谱显示轴承外圈故障频率(fo=0.3×n)振幅超 10g。

· 电源异常:石化现场电压波动超 ±10%,或缺相运行(如接触器一相触点烧蚀),导致电机三相电流不平衡(偏差>10%),绕组局部过热。用红外热像仪可检测到某相绕组温度比其他两相高 20℃以上。

2. 预防体系

· 加装扭矩限制器(设定值 1.2 倍额定扭矩),含纤维介质需配入口切割装置;

· 轴承采用自动润滑系统(每 8 小时补脂一次),安装时用百分表校准轴向窜动量(≤0.1mm);

· 配置稳压器与缺相保护继电器(动作时间<0.1 秒),电机绕组埋置 PT100 测温(超 120℃报警)。

(二)联轴器失效

1. 典型失效模式

· 弹性块碎裂:橡胶弹性块(邵氏硬度 60±5)在轴向窜动>0.5mm 时,承受交变剪切力,2000 小时后出现径向裂纹(长度超直径 1/3),导致传动比波动 ±3%,泵转速忽高忽低。

· 法兰螺栓断裂:安装时未对角均匀紧固(扭矩偏差>20%),或螺栓材质误用(8.8 级代用 12.9 级),在振动载荷下发生疲劳断裂,断口呈 “海滩纹” 特征(疲劳源位于螺纹根部)。

· 轴系不对中:径向偏差>0.2mm 或角向偏差>0.1mm/m 时,联轴器端盖温度比环境高 40℃,半年内会导致电机轴承外圈磨损(沟道呈椭圆形)。激光对中仪检测可见明显偏差轨迹。

2. 维修规范

· 弹性块选用聚氨酯材质(耐疲劳寿命是橡胶的 3 倍),安装时预留 0.3mm 轴向间隙;

· 螺栓采用 12.9 级高强度螺栓,涂抹螺纹锁固剂(如乐泰 243),按扭矩扳手设定值(如 M12 螺栓 350N・m)对角紧固;

· 每次大修后用激光对中仪校准,记录偏差值(存档 3 年)。

三、密封系统故障:从微量泄漏到安全事故的临界状态

(一)机械密封失效

1. 分级泄漏特征

· 初期泄漏(<5 滴 / 分钟):动环与静环(碳化硅对石墨)因颗粒磨损导致平面度偏差>0.005mm,泄漏液在密封腔形成 “油膜”,用荧光检漏剂可发现微量渗漏。

· 中度泄漏(10-30 滴 / 分钟):O 型圈(氟橡胶)因介质腐蚀出现 “溶胀”(直径增大 5% 以上),或弹簧疲劳(自由长度缩短>2mm),导致密封比压不足,泄漏液沿轴套滴落,在泵座形成积液。

· 突发喷射泄漏:石化行业高温介质(如 180℃沥青)导致波纹管式机械密封焊接点开裂,或静环防转销断裂,密封面完全脱离,介质呈雾状喷射,此时泵体附近可燃气体报警器立即触发(浓度>25% LEL)。

2. 密封升级方案

· 颗粒介质采用外冲洗方案(PLAN 32,冲洗液压力比介质高 0.1MPa),选用碳化硅 + 碳化硅摩擦副;

· O 型圈改用全氟醚橡胶(耐温 260℃),弹簧材质升级为哈氏合金 C276;

· 高温场景采用金属波纹管密封(焊接点进行氦检漏,漏率<1×10⁻⁹ Pa・m³/s)。

(二)轴封填料泄漏

1. 传统密封的局限性显现

· 正常磨损泄漏:石棉盘根(含浸聚四氟乙烯)在轴表面线速度>3m/s 时,100 小时后出现径向磨损(截面直径减少 10%),泄漏量从初始滴状变为线状,需每班次紧压盖(每次紧 1/4 圈)。

· 介质硬化卡滞:输送含结晶介质(如烧碱溶液)时,结晶在填料函内沉积,导致轴套与填料形成 “干摩擦”,轴套表面出现螺旋状划痕(深度>0.2mm),最终填料被磨穿。

· 安装不当:填料切口角度(45°)错位,或层数不足(少于 5 层),导致压力分布不均,30% 的泄漏集中在某一接口处。

2. 替代与改进

· 逐步淘汰石棉填料,改用柔性石墨盘根(含镍丝增强),切口采用 “阶梯式” 对接(避免直通缝隙);

· 结晶介质场景加装轴封冲洗(PLAN 52,用热水溶解结晶),控制填料函温度>介质熔点 5℃;

· 压盖安装时用百分表校准同心度(与轴偏差≤0.1mm),预紧力控制在 0.3MPa(通过压力传感器监测)。

四、故障诊断的系统化方法

1. 振动频谱分析:通过采集泵体振动信号(采样频率 25.6kHz),识别特征频率 —— 如螺杆与衬套磨损时,2 倍转频(2×n/60)振幅会升高 3 倍以上;轴承故障则呈现特定谐波(如 608 轴承故障频率 156Hz)。

2. 油液铁谱检测:对轴承箱润滑油进行分析,当 5-10μm 磨粒浓度>50 个 /mL,且出现 “切削状” 磨粒(长度>20μm),提示螺杆与衬套异常磨损。

3. 红外热成像:定期扫描泵体表面温度场,正常工况下螺杆区域温度比衬套高 5-8℃,若局部出现 20℃以上温差,可能存在衬套脱胶或介质堵塞。

结语:建立故障树分析(FTA)体系

G 型螺杆泵的故障具有明显的 “多米诺效应”—— 如入口过滤器堵塞(顶事件)可追溯至滤网选型错误(底事件)、巡检频次不足(中间事件)等 23 项关联因素。建议按 API 686 标准建立故障树,通过风险矩阵(发生概率 × 后果严重度)确定预防优先级,将 80% 的维护资源集中于高风险故障(如机械密封泄漏、电机过载),实现从 “事后维修” 到 “预测性维护” 的转型。

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