赵志城
东方电气集团东方电机有限公司，四川省德阳市，618000
摘要：本文采用FMECA技术，对化工用屏蔽泵进行可靠性研究，分别介绍了化工屏蔽泵的系统结构、故障模式、故障原因分析、故障影响及严酷度、检测方法、设计改进措施、使用补偿措施分析及危害性分析等内容，以求对化工屏蔽泵产品设计、后期维护及维修提供指导和参考。
关键词：FMECA；化工屏蔽泵；可靠性；故障模式；危害性；
1.FMECA技术简介
FMECA技术是故障模式、影响和危害性分析技术（Failure Mode Effects and Critically Analysis）的简称，包括故障模式与影响分析（FMEA：Failure Mode and Effects Analysis）和危害性分析（CA：Critically Analysis）。FMECA作为一种通用的分析方法，既可以用于产品的设计、制造及服务等某个单独的阶段过程或全寿命周期，也可以针对产品的结构，自下而上地剖析每个部件对上一层级或整个系统的影响，进而为系统结构设计提供指导意见[1]。
2.化工屏蔽泵的可靠性分析
2.1.系统定义
在本文中，将以化工屏蔽泵机组为分析对象，将其视为待分析的系统。屏蔽电机作为动力提供者，在接通电源后开始工作，将动力传递到水泵部分；叶轮在转子的驱动下旋转，按照规定的流量和扬程对输送介质做功，沿着既定的路径驱动输送介质，泵壳作为介质系统的压力边界一部分，保持压力边界的完整性。
2.1.1.系统功能框图
针对潜在的故障开展故障模式、影响及危害性分析，具体如表1所示：
表1机组故障模式
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2.2.故障原因分析
a)引起定子绕组故障模式的原因：
?定子腔密封失效，外部潮气进入，导致绕组绝缘受潮；
?绝缘材料老化，绝缘效果降低甚至丧失；
?定子屏蔽套破损，气隙内输送介质进入定子腔，浸泡、腐蚀绕组绝缘；
b)引起定子屏蔽套故障模式的原因：
?定子屏蔽套原材料有缺陷；
?两端焊缝质量不合格；
?长期与转子摩擦，导致破坏；
c)引起转子屏蔽套故障模式的原因：
?转子屏蔽套原材料有缺陷；
?两端焊缝质量不合格；
2.3.故障检测方法分析
a)定子绕组故障模式的检测方法
机组停机，使用欧姆表测量三相绕组的绝缘电阻，若测量值明显低于设置值，则可判断定子绕组绝缘不足或丧失。
b)定子屏蔽套故障模式的检测方法
定子机座法兰最低处设置有检漏报警装置，当定子屏蔽套破损后，输送介质会顺着破损处流入到定子腔内，检漏报警装置检测到有输送介质后迅速报警。
c)转子屏蔽套故障模式的检测方法
在机组运行时，机组振动烈度和噪声急剧增加。停机后拆机，检查转子屏蔽套外表面。
2.4.设计改进措施分析
主要针对高严酷度的故障模式（开展FMECA时严酷度为Ⅰ类、Ⅱ类），在确定设计方案时，根据故障原因，从设计、工艺或材料选型等方面，采取降低故障发生的可能性或减轻故障后果的预防纠正措施[1]。
a)定子绕组故障模式的设计改进措施
在设计过程中明确要求定子腔密封处的把合扭矩，在装配过程中严格按照设计要求的把合扭矩操作；
严格按照定子绕组绝缘材料的采购技术规范进行生产、采购。在材料入场时严把入厂复试关，并在绝缘材料的有效期内完成定子绕组的生产。
b)定子屏蔽套故障模式的设计改进措施：
按照定子屏蔽套采购技术规范进行生产和采购，严控入厂复试检查，确保定子屏蔽套自身无缺陷。
按照焊接工艺规范进行定子屏蔽套与机座的焊接，并进行焊缝质量检查，确保焊缝无夹杂、咬边、裂纹、未焊透及未熔合等质量问题。
在转子设计过程中，合理要求轴系的同轴度及动不平衡量；在加工过程中，提高加工精度，减小因制造带来的误差，确保满足设计要求转子制造完毕后进行动平衡检查，将整体的动不平衡残余量控制在设计要求的范围内，以避免轴系因同轴度差及动不平衡残余量过大而与定子屏蔽套相刮蹭。
c)转子屏蔽套故障模式的设计改进措施：
按照转子屏蔽套采购技术规范进行生产和采购，严控入厂复试检查，确保转子屏蔽套自身无缺陷及暗伤；在后续的内孔珩磨过程中，务必保证内孔表面质量，禁止出现磕碰划伤。
按照焊接工艺规范进行转子屏蔽套与护环的焊接，每焊一层检查一层，合格后再进行下一层的焊接。焊接完毕后，对焊缝进行氦气检漏检查。
d)泵壳故障模式的设计改进措施：
按照泵壳采购技术规范进行生产和采购，严控入厂复试检查，确保泵壳锻件自身无缺陷及暗伤；在泵壳流道、密封锥面的加工过程中，务必保证表面质量，禁止出现磕碰划伤。对于铸造泵壳，模具的曲面型线必须满足设计要求，禁止使用再生金属，严格按照铸造工艺规范进行。
泵壳加工完毕后，按照试验规范进行打水压强度试验，试验过程中严密关注泵壳表面是否出现液体渗漏，试验结束后再次进行内外表面无损探伤。
e)叶轮故障模式的设计改进措施：
按照叶轮采购技术规范进行生产和采购，严控入厂复试检查，确保叶轮锻件自身无缺陷及暗伤；在叶片铣、钳过程中，务必保证表面质量，禁止出现磕碰划伤。对于铸造或3D打印的叶轮，模具的曲面型线或3D打印程序必须满足设计要求，禁止使用再生金属，严格按照工艺技术规范进行。
叶轮生产完毕并无损探伤合格后，进行静平衡检查，合格后再将其与转子装配进行动平衡检查，调整轴系的动不平衡量，保证满足设计要求。
叶轮螺母的把合螺纹，须根据转子的旋转方向设计，采用自紧式防松螺纹即随着转子旋转，螺母的把合越来越紧；在装配叶轮螺母时严格按照设计要求的把合扭矩操作，同时采用防松装置如止动垫圈或锁片。
f)主密封故障模式的设计改进措施：
按照主密封密封材料的采购技术规范进行生产和采购，严控入厂复试检查，确保密封材料自身无缺陷及暗伤；在机组的试验、拆装机过程中，务必保证密封材料表面质量，禁止出现磕碰划伤。密封材料使用一定次数后应及时更换。
主螺栓预紧时，要严格按照设计要求的预紧力进行加载，加载时注意每个螺栓受力的均匀性，加载过程中不得出现电机明显偏斜，以免造成密封材料局部受力过大。
3.总结
本文采用FMECA技术对化工屏蔽泵的可靠性进行了全面的分析，阐述了屏蔽泵的故障模式及产生的原因，通过设计改进措施为屏蔽泵可靠性设计提供了指导性意见。从危害性分析结果可以看出，屏蔽泵的主密封泄漏、定子屏蔽套破损，这两个故障模式在危害性分析中位于前列，在进行化工屏蔽泵的设计、制造、运营及维护时应给予更多的关注。
参考文献：
[1]康京山.FMECA对于装备通用质量特性的作用分析[J].电子产品可靠性与环境试验,2020,10,(38,5):62-66.
[2]张胜国.屏蔽泵叶轮异常磨损分析及使用注意事项[J].合成技术与应用,2018,(9),33,3:37-40.
[3]李奇璞.关于屏蔽泵结构特点与维修的探讨[J].设备管理,2014,02:144-145.