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关于磁力驱动泵在现场应用中损坏的原因

2019-2-20 14:48:25      点击:
磁力驱动泵是应用永磁体所产生的磁力作用,实现力或转矩无接触传递的一种驱动新技术。通常磁力驱动器由内磁转子,外磁转子以及内外磁转子间工作气隙中设置的隔离套等三部分组成。当电机带动外磁转子旋转时,即可通过内外磁转子中永磁体相互产生的磁转矩(磁场力)实现内磁转子的同步旋转。


  磁力驱动技术以无泄漏,振动小,结构紧凑,体积小,维修方便等优势得到了迅猛的发展和应用。


  由于卤水介质和含水原油具有相似的粘度及腐蚀特性,因此中国石油吐哈油田温米采油厂根据中国石油江苏金坛盐矿储备库使用的FFC100-65- 200型号磁力驱动泵,于2003年也引进3台FFC100-65-200型无泄漏磁力驱动泵,用于将联合站脱气后含水原油输送至原油加热炉进行原油后续脱水处理。自从2003年元月3台磁力驱动泵安装投运后,经常发生严重的气蚀高温烧损问题,造成内外磁缸高温消磁,滑动轴承烧毁碎裂,导致严重的设备损毁事故,频繁的设备事故的发生,不但造成维修材料费用的大幅上升,而且对联合站的平稳生产构成严重威胁,严重时曾发生3台磁力驱动泵全部气蚀损坏的严峻形势。对采油厂平稳生产构成严重威胁。由于中国石油金坛盐矿在输送卤水过程中也经常发生此类事故,因此解决磁力驱动泵高温损毁问题,中国石油吐哈油田温米采油厂,中国石油江苏金坛盐矿储备库,磁力驱动泵的生产厂家联合组成事故调查组,分析发生此类事故的原因及采取解决措施。


  2磁力驱动泵故障分析通过长期现场技术跟踪分析,发现导致磁力驱动泵损坏的四大原因:


  2.1内外磁缸及轴承冷却润滑流道不通畅,由于滑动轴承未设计冷却润滑油槽,导致润滑冷却介质流通循环不畅,润滑不良导致摩擦热热量大量产生,内外磁缸之间产生的涡流热及轴承产生磨擦热不能被及时带走释放,热量聚集导致介质汽化,甚至轴承以及内外磁缸烧损消磁。


  2.2石墨轴承质地疏松,耐磨性差,机械强度低,使用寿命短,易造成轴承过渡磨损,导致转子卡死,内外磁缸产生相对滑动,短时间内产生大量涡流热,导致内外磁缸高温消磁失效。


  2.3内磁缸,叶轮的防松设计为闭帽防松结构,闭帽预紧防松力矩止推轴承为石墨轴承,所以闭帽预紧防松力矩不能过大,否则将导热石墨轴承的脆断损坏。闭帽预紧力矩不足,加之该泵采用变频控制,易造成内磁缸,叶轮防松螺帽松动,转子转动部件滑脱甚至转子异常磨损卡死,内外磁缸产生相对滑动,产生大量涡流热,磁缸高温消磁失效。


  2.4磁力驱动泵未设计安装温度保护装置(温度传感器)。磁力驱动泵故障导致温升不能及时被检测并保护停机,导致磁力驱动泵高温损毁。


  综合以上四项存在问题,任何一项发生故障,均可产生磁力驱动泵的温升损毁,导致内外磁缸脱磁,轴承和转动部件严重损毁的事件。


  3磁力驱动泵磁体消磁的机理


  磁力驱动泵磁体消磁的机理磁力驱动泵内外磁缸处高温损毁,主要因素为磁涡流热,磨擦热等能量聚集达到润滑冷却介质的汽化温度,最后导致介质润滑和冷却功能的丧失。其中磁涡流热为高温汽化发生的主要原因。


  磁力驱动装置由内,外磁转子及内,外磁转子间的隔离套三大部件组成。隔离套是磁力密封传动装置中的一个重要部件。若隔离套为金属材料,那么当内,外磁转子同步或不同步旋转、运动时,金属隔离套便处在交变磁场中,磁场的方向和大小按规律瞬间变化,即隔离套壁厚中的磁通量随时间而变化,作为导体将产生环绕磁通量变化方向的涡电流,即环形电流,我们称为涡流。涡流产生的过程称为超肤效应过程。一方面减弱了工作磁场,降低了传递的力或转矩,另一方面产生涡流损耗,以热量的形式释放能量,消耗原动机的功率(能量),降低工作效率。金属隔离套密封磁力驱动装置在正常运转工作时由于涡流的产生,连续释放热量,磁性材料工作的环境温度不断上升,温度升高到一额定温度值时,达到泵输送介质的汽化点,介质在内外磁缸处发生气蚀,气蚀的发生又加剧了温度的快速升高,当温度升高至磁性材料的居里温度点时,磁性材料的磁性能全部消失,即磁传动装置的工作作用全部失效。


  4磁力驱动泵技术改造方案制定与实施通过对磁力驱动泵损毁机理的深入分析,同时针对磁力驱动泵存在的4个问题,为了全部消除磁力驱动泵气蚀现象,中国石油吐哈油田温米采油厂,中国石油江苏金坛盐矿储备库,磁力驱动泵生产厂家均同意对该泵进行如下技术改造:


  4.1优化设计,疏通内外磁缸和滑动轴承的冷却润滑流道,增加轴承介质润滑量,降低滑动轴承摩擦系数,降低摩擦生热量,减少轴承磨损以及轴承使用寿命,并及时将磁力驱动泵产生涡流热和摩擦热及时带走,达到轴承以及内外磁缸部位降温的目的。为了实现润滑冷却介质循环通畅,我们对磁力驱动泵进行以下改造:


  (1)滑动轴承结构进行优化设计改造。


  滑动轴承无油槽设计为2道轴向油槽设计,增加油槽不但能使轴承得到良好的润滑,而且疏通润滑冷却介质的循环流道,轴承润滑良好,磁力驱动泵产生涡流热和摩擦热能及时带走;


  (2)叶轮的技术改造。改造叶轮无平衡孔设计为有平衡孔设计。平衡孔的设计不但降低了叶轮产生的轴向力,而且疏通了冷却润滑介质的通道,润滑冷却介质由叶轮平衡孔回流至叶轮入口,实现了泵体润滑冷却介质闭环畅通循环。


  通过滑动轴承增加油槽以及叶轮增加设计平衡孔,疏通了介质冷却润滑的通道。改造后介质的冷却润滑流道,形成由泵出口(高压区)至叶轮入口(低压区)流通循环通畅的冷却润滑流程,确保了内外磁缸,滑动轴承产生的大量热量能被及时带走。从而避免了热量的大量聚集,避免了严重的气蚀现象的发生以及内外磁缸烧损消磁的严重设备事故。


  4.2石墨轴承材质的优化改造设计石墨轴承质地疏松,耐磨性差,机械强度低,加之磁力驱动泵轴向力较大,止推轴承使用寿命短,易造成轴承过渡磨损,导致转子卡死,内外磁缸产生相对滑动,短时间内产生大量涡流热,导致内外磁缸高温消磁失效。因此,将石墨轴承改造为耐磨性优异的稀土陶瓷轴承,轴承使用寿命得到大幅提升,避免因轴承过渡磨损而导致的设备损毁。


  4.3内磁缸,叶轮的防松结构设计改进内磁缸,叶轮的防松结构以前为闭帽防松结构,止推轴承为非金属材料轴承,要求闭帽预紧力矩不能过大,否则将损坏滑动轴承套。加之该泵采用变频控制,易造成内磁缸,叶轮松动滑脱,转子转动受阻,内外磁缸产生相对滑动,产生大量涡流热,磁缸高温消磁失效,通过对泵轴进行改造,加装防松性能可靠的防松锁片,确保磁力驱动泵轴向间隙不发生变化,消除了内磁缸,叶轮松动导致的转子卡死以及内外磁缸损毁现象。


  4.4磁力驱动泵增加设计安装温度保护装置(温度传感器)。当磁力驱动泵发生某种故障导致温升,温度传感器及时将温升信号传递给温控保护装置,达到设定温度保护值时,磁力驱动泵可以及时保护停机,实现设备的正常运行、避免磁力驱动泵高温导致的设备事故的发生。


  通过以上系统改造,磁力驱动泵频繁高温烧损的现象得到根本扭转,大大降低了设备的故障停机率。


  这项改造技术已被生产厂家所采纳,对全系产品进行系统升级改造。


  5技术改造


  实施效果通过系统地技术改造,磁力驱动泵工作性能有很大提高,故障率不断降低。该项技术改造经现场为期两年的实践证明,技术改造获得预期效果,取得良好的经济效益和社会效益。该项技术改造的成功,降低了设备故障停机率,提高了磁力驱动泵的运行时率,保证了温米联合站原油处理装置和中国石油江苏金坛盐矿储备库输送设备的平稳正常运行,确保了生产质量,降低了维修人员的劳动强度,同时每年可为我厂节约维修费用。


  目前此项改造技术已被生产厂家应用于新产品的设计开发之中,吐哈油田有磁力驱动泵80余台,随着生产厂家的推广应用,将产生巨大的经济效益和社会效益。