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啤嶺機電設備（上海）有限公司
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離心泵軸承潤滑的改造

2013-10-18

趙爾班　霍風華　馮滿昌
（吉林石化公司丙烯腈廠，吉林吉林　132021）
　　摘　要：為消除離心泵軸封處的泄漏現象，通過更換潤滑劑以及對油封進行改造等方法加以解決，改善了設備環境狀況，實現了清潔生產。
　　關鍵詞：離心泵；軸承；潤滑；改造
　　在化工生產中，大量使用離心泵作為各種工藝介質輸送的動力源。離心泵的維護成為化工裝置長周期穩定生產的重要保證，而軸承的良好潤滑又是離心泵長期穩定運轉的重要保證。化工裝置的離心泵軸承多數采用滾動軸承，在電機帶動下高速運轉因而產生大量熱量，良好的潤滑可將軸承的各個相對運動部件之間形成油膜，從而保護各個部件不發生接觸性摩擦，減少因磨擦造成的功耗，降低各部件的磨損，還可起到冷卻、防塵、防銹及吸振等作用。搞好設備潤滑是保證設備正常運轉、減少設備磨損、防止設備事故、降低動力消耗、延長修理周期和設備使用壽命的有效措施。
　　目前化工裝置中的離心泵軸承潤滑主要采用潤滑油油浴潤滑的方式。這種方法使用簡單、維護便捷。通過旋轉的軸承部件或掛在軸上的帶油環帶起軸承箱內的潤滑油，使其飛濺到軸承的各個部位實施充分的潤滑，Z后又落回到油箱中被再次帶起。這種方式要注意油量的控制，油量過少會造成軸承潤滑不充分而提前磨損失效；油量過多又會造成軸承溫度過高。一般以軸承箱內潤滑油面高度略低于軸承Z下方滾動體的中心線為宜。在實際使用中發現，由于軸承箱端蓋側的油封經常出現潤滑油滲漏，這一方面對裝置現場的環境造成污染；另一方面若巡檢不及時，油封與軸之間的間隙因磨損增大造成潤滑油泄漏較多，當油位低于軸承Z下部的滾動體時，會導致軸承潤滑不良，致使軸承內各相對運動部件之間無法形成油膜，軸承內各部件相互接觸摩擦，產生的熱量不能迅速地帶走，軸承的滾動體、內外圈等部件局部受熱膨脹、間隙縮小，軸承滾動體無法在軸承內外圈之間進行相對運動，從而導致軸承抱死、燒毀，甚至造成泵軸等重要部件的嚴重損壞。
　　為解決潤滑油泄漏問題，采取了以下幾種措施和方法，經多次實踐驗證，效果非常明顯。
　　1　將軸承由油潤滑改為脂潤滑
　　將易流動的潤滑油改為粘稠、不易流淌的潤滑脂，即可徹底解決離心泵潤滑油滲漏問題。將潤滑油改為潤滑脂，主要從滾動軸承的工作溫度、軸承負荷和工作轉速三方面進行考慮：
　　（1）工作溫度。由于潤滑脂的粘度與溫度緊密相關，球軸承潤滑脂的黏度一般不應低于13mm2/s，滾子軸承潤滑脂的黏度一般不應低于20mm2/s。在選擇潤滑脂時，應重點考慮潤滑脂的滴點、針入度和低溫性能。一般軸承的工作溫度須低于潤滑脂滴點10～20℃。
　　（2）軸承負荷。由于軸承的負荷越大，潤滑脂的黏度應越高，即選用針入度小的潤滑脂類型，以保證在接觸面間有效地形成潤滑油膜。隨著軸承負荷的遞減，潤滑脂的黏度也應隨之降低。
　　（3）工作轉速。軸承的工作轉速越高，套圈、滾動體和保持架運動中引起的摩擦發熱越大，可用不同滾動軸承類型的速度指數dn值來判斷。d為滾動軸承內徑和外徑的平均值，單位為mm；n為軸承每分鐘的轉速，單位為r/min。對深溝球軸承、調心球軸承和角接觸球軸承為160000；圓柱滾子軸承為120000；圓錐滾子軸承為100000；調心滾子軸承為80000；推力球軸承為40000[1]。
　　經對現場穩定運行的離心泵觀察發現，由于泵內介質的熱量可沿泵軸傳遞到軸承，故軸承的工作溫度與泵內所輸送工藝介質的溫度有關；而軸承運轉過程中也產生熱量，盡管這部分熱量大都會被潤滑油帶走，但經實測軸承處的工作溫度一般要比介質溫度高出15～20℃。另外還要考慮冬季、夏季的溫差影響，泵房內冬季Z低約為10℃，而夏季可高達40℃以上。同時為確保改為潤滑脂后便于管理，應選用一種適用范圍廣的潤滑脂作為潤滑油的替代品。基于以上考慮，Z終選用3號通用鋰基脂作為潤滑油的替代品。
　　3號通用鋰基脂理化特性：適用溫度范圍：-20-120℃；滴點不低于180℃；工作錐入度（1/10mm）為220-250。
　　由此，假設改造后軸承工作溫度為120℃，考慮到介質溫度和冬、夏季溫差，介質溫度不能高于70℃；為穩妥起見，對工藝介質工作溫度低于70℃的離心泵進行潤滑劑的改造。Z后還要考慮工作轉速的情況，一般離心泵驅動電機轉速為1490r/min或2900r/min，采用深溝球軸承、調心球軸承、角接觸球軸承和推力球軸承。根據速度指數dn值的限制，來確定軸承內徑是否符合改造要求。
　　具體改造措施：拆開軸承箱，將其中潤滑油排凈，用洗油將軸承箱內各部件清洗干凈后，在軸承內外套圈之間的滾動體和保持架表面涂抹上潤滑脂，要確保潤滑脂完全充滿。然后根據軸承的規格加工相應的軸承擋圈并固定在軸承面向軸承箱一側的軸上，其外徑略大于軸承外圈的內徑，并在軸向上與軸承保持1-2mm的間隙，同軸承外側的軸承壓蓋一同形成充滿潤滑脂的潤滑室。自軸承箱項部軸承座的位置上開出一小孔作為潤滑脂補加孔。補加時，拆開軸承端蓋，邊盤車邊用干油槍自補加孔注入潤滑脂，直到潤滑脂自拆開的端蓋處擠出視為加滿。安裝好軸承端蓋，將軸承箱上部的加油孔、底部的排油口絲堵拆除。在日常運轉過程中，若軸承損壞造成磨損加劇或潤滑脂變質，會導致軸承潤滑環境變差，溫升較高，致使潤滑脂受熱自底部排油口流淌出來。日常巡檢時發現底部排油口有油脂流出，或用紅外測溫儀檢測軸承座處溫度超過70℃時，則需要馬上停泵拆檢軸承端蓋，檢查油脂是否不足或出現軸承損壞的情況。
　　改造實例：磁力泵型號為CMZA40-250A，該泵工藝介質溫度為常溫，軸承箱處溫度經實測不超過45℃，泵轉速為1450r/min，其外磁軸承潤滑原采用46#透平油，通過掛在軸承定位環上的兩個帶油環將軸承箱中潤滑油帶起飛濺到兩套6306軸承上進行潤滑（見圖1）。經計算，其dn值約為60000遠低于所要求的160000，故可采用潤滑脂潤滑。根據圖1中的結構，在前后兩套軸承之間有一定位套，沿軸向固定在兩套軸承的內圈內，同時該套還掛有兩件帶油環。改造后，去除帶油環，在定位套上增加兩個檔油圈。檔油圈內徑略大于定位套外徑，其外徑略大于軸承外圈的內邊緣直徑，并通過緊固螺釘固定在定位套上，與軸承保持1-2mm的軸向間隙。加滿3號通用鋰基脂后進行運轉，軸承處的振動值和表面溫度與采用潤滑油潤滑時沒有明顯區別。
　　2　改造離心泵的油封形式
　　對于不宜改為潤滑脂潤滑的離心泵，可從其他方面考慮進行改造。若要保證離心泵長周期運轉，首先要確保油封無泄漏。一般離心泵采用的油封主要為毛氈密封、迷宮密封、唇形骨架油封。老式的毛氈密封由于滲漏潤滑油非常嚴重，許多化工裝置中早已不使用。而傳統的迷宮密封由于與軸存在徑向間隙，使得軸承箱與外界環境相通，導致外界環境中的粉塵和水汽會進入軸承箱內污染軸承和潤滑油，甚至停泵時軸承箱內過多的潤滑油可沿軸與軸封間的空隙泄漏到外界環境中，造成污染。而骨架油封由于其外徑與軸承端蓋的油封座有一定的過盈量，故可固定在端蓋上，而內側的密封唇口因靠彈簧的緊固使其內徑略小于軸外徑，故可緊箍在軸上，確保在泵運轉過程中阻止潤滑油滲漏，目前在一般離心泵中應用較為廣泛。但骨架油封也存在一些問題。一般經過一段時間（約4-6個月）的運轉，油封內側的密封唇發生磨損，導致與軸之間出現間隙，仍會出現泄漏情況。當更換油封時，需將泵全部解體，增加了工人勞動強度，又容易在解體檢修中造成葉輪、軸承等部件不必要的損壞；若不更換油封，潤滑油泄漏，不利于密封，直接影響軸承壽命，甚至對泵軸等主要部件造成不必要的損壞。
　　采用潤滑油對軸承進行潤滑的離心泵，只要油封能夠長周期無泄漏運轉，即可確保軸承的良好潤滑和長期運轉。對此，經過對近幾年使用的新型油封的考察：非接觸磁力油封能夠保證連續長周期運行無泄漏，其壽命基本與軸承的壽命相當；適用于振動量特別是竄動量不大的連續運轉設備，價格較高，故將磁力油封用于生產能力大、精度高的關鍵機泵，在一般離心泵上并非是經濟可行的選擇方案。另一種新型的剖分式唇形骨架油封較適合一般離心泵。其與普通的唇形骨架油封相比，只是在油封環上開出一個約45°的斜口，將原來封閉的環形彈簧改為一根可通過兩端掛鉤連成一個封閉環的彈簧體。實際使用時，將油封的斜口錯開套到軸上，在斜口處涂抹密封膠將其粘成一個封閉的環形（注意將斜口位置放在上部），將彈簧通過掛鉤連成環形放入唇型骨架油封內側的槽內，將密封唇口緊密地固定在軸上，Z后沿軸向將油封壓入軸承端蓋的油封座內，可與普通骨架油封一樣起到封油的作用。盡管該油封運行壽命與普通油封一樣，只有4-6個月，但其拆檢更換方便，不必對泵進行解體。只需進行停泵，排凈軸承箱內的潤滑油后，一名普通的鉗工只用10分鐘即可完成這種剖分油封的更換工作，大大降低了維修的強度，減少了因設備頻繁拆檢對各個部件的損傷。
　　3　小結
　　在長期的維修維護實踐中，對離心泵進行了一些簡單而實用的改進，確保了現場各類離心泵軸承潤滑充分，保證了設備的穩定運轉，減少了現場的跑冒滴漏，實現了節約資源，保護環境。
　　參考文獻
　　【1】董建民,黃紅梅.滾動軸承的潤滑方式[J].今日科苑,2009,(14):68-69.
來源：《石油和化工設備》2011年第14卷