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三柱塞高壓泵曲軸箱故障原因分析及技改

2013-09-17

趙昉　王惠義
（河南省中原大化集團有限責任公司，河南濮陽，457004）
　　摘　要：介紹三柱塞高壓泵在大型合成氨裝置中的運行，分析備件國產化后出現的問題，提出處理方法，實施技術改造。
　　關鍵詞：高壓柱塞泵；曲軸箱；磨損；技改
　　中原大化集團公司合成氨廠氨回收單元，配備有2臺三柱塞高壓洗滌水泵，平時一開一備。其工藝流程為：氨汽提塔底部流出的含氨0.1%洗滌水由該泵加壓到11MPa送至吸收塔頂部。洗滌水噴淋而下與從底部進入的合成工序排放氣逆流接觸吸收氨氣，流出的濃度為15.6%氨水溶液，預熱后再流入汽提塔中部汽提出氨氣，從而實現高壓回路的循環。
　　1　洗滌水泵的性能特點及事故經過
　　1.1 結構原理和性能特點
　　臥式三缸柱塞泵，型號為TITANO31.20，F.FERONI公司制造，由22KW電機驅動，并配有一齒輪減速箱。曲軸箱采用恒油位飛濺潤滑，裝N150抗磨齒輪油14L，主要潤滑滾柱軸承、連桿軸瓦、十字頭銷頭瓦、銷子、十字頭。該泵性能參數和技術參數見表1。
　　1.2 事故經過
　　該泵自投用以來，運行基本穩定，進口軸瓦等零部件使用周期約為18個月。但進口備件價格昂貴，是國產件的5～10倍，該泵的備件國產化乃大勢所趨。加上各項有利條件如訂貨周期短，價格低廉等，1999年12月檢修時，進行了主要易損件的國產化改造，連桿大頭瓦，十字頭銷頭瓦、銷子等使用了國內備件，對曲軸箱進行了檢修。正常運行時該泵溫度應在45℃左右，但開啟4h后溫度升至約60℃，略偏高，說明內部有不良跑合，而各間隙均在技術范圍之內。5h后溫度升至68℃，說明內部磨損加劇，及時換油后溫度不斷上升，而且較快。尤其是從60℃到80℃，不到2h。拆開曲軸箱檢查發現油底部沉積大量合金碎片和銷沫。十字頭銷頭瓦磨損嚴重，部分已磨透；銷子也磨出環狀道道深槽。大頭瓦部分合金因磨損過熱而呈蜂窩狀脫落，內軸軸頸上粘有大量的軸瓦合金，且表面粗糙度較差。
　　2　故障原因
　　2.1 設計結構及材料缺陷
　　大頭瓦、十字頭銷頭瓦為雙金屬薄壁瓦，內壁合金不均勻，耐磨性差，工作面易磨損掉或溶化脫落。換國產件后，十字頭銷頭瓦與原件對比：沒有開口，缺少彈性和張力。有開口的銷頭瓦收縮后裝入十字頭中脹開能過盈裝配緊。無開口的銷頭瓦過盈量小會出現“跑圈”現象，即襯套旋轉，磨損較快，雖可涂鎖固膠，但油溫略高時效果就不好。反之，過盈量大，裝入后收縮變形收口，銷子不易裝入。銷子表面硬度低（實測硬度為HR220，要求達到硬度為HR450）不耐磨，出現較深的環狀深槽，這些都可以產生大量熱量。大頭瓦鋼殼彈性差，強度低，定位槽角度不合適，缺少棱角，不能與連桿內孔很好地脹緊定位，有時出現“跑圈”現象造成惡劣后果。
　　2.2 潤滑不良，造成磨損，間隙增大
　　由于曲軸使用時間已較長，軸頸有磨損，且略顯橢圓，粗糙度降低。國內軸瓦對潤滑條件要求較為苛刻，其原潤滑情況為：曲軸箱的潤滑方式采用飛濺潤滑，特別是十字頭和銷頭瓦的滑潤油是通過旋轉的曲軸拐甩上和被3個刮油板刮倒十字頭上部，從3個十字頭上的油孔流入十字頭和銷頭瓦處。潤滑油通過連桿大頭端油孔進入大頭瓦，一部分油通過連桿油孔流入銷頭瓦處，再通過十字頭的環狀油槽自然流到曲軸箱底部。由于飛濺潤滑中無油過濾器，潤滑油中的雜質及運行磨損的金屬鐵屑得不到過濾。同時潤滑油本身不帶壓，且粘度較高，易造成油孔堵塞，流油不暢；使連桿大頭瓦、十字頭銷頭瓦等處潤滑不良，引起磨損加快，間隙增大，形成惡性循環。造成發熱和磨損加劇，無法正常運行。
　　3　技術改造
　　針對以上原因，聯系生產廠家對軸瓦、銷子等進行了技術改進，力爭滿足裝配要求和使用條件。
　　1）修磨曲軸，除去粘附的合金，消除橢圓，達到應有的粗糙度。
　　2）改善潤滑條件，延長零部件使用周期。考慮到曲軸上沒有油孔且加工難度較大，故將油路設計在十字頭、銷子、連桿外。將曲軸箱的飛濺潤滑方式改為強制潤滑：在曲軸非驅動端，通過連接一短軸，驅動一臺齒輪油泵，端蓋鉆孔，加一骨架油封（32.5mm×18mm×8mm）。油泵入口加一過濾器。曲軸的兩端滾柱軸承在正常油位時，仍可采用飛濺潤滑即可。油泵出口與3個十字頭油孔連接進油，十字頭上下都有十字形油槽，壓力油可直接進入十字頭銷的油孔，到十字頭銷頭瓦，順著連桿內的油孔進入連桿大頭瓦，潤滑油的潤滑油路改為：曲軸箱→過濾器→油泵→油冷器→曲軸箱十字頭滑道→十字頭銷頭瓦→連桿油孔→連桿大頭瓦→曲軸箱底部。原來的飛濺潤滑油路仍然存在，只是不再向十字頭提供潤滑油，從而充分保證各摩擦副的良好潤滑。改進后，潤滑油壓力為20KPa，夏季長時間運行，油溫穩定在45℃以下，一切正常。
　　3）加強日常維護。在曲軸箱底部加一溫度計，便于觀察油溫。對油質進行勤檢查，及時排水和污油，適度補油。定期打開清理曲軸箱、過濾網。
　　4　結束語
　　三柱塞高壓泵在備件國產化后雖然出現了一些問題，但經過不斷的改進完善，現在運行正常，既成功實現了易損備件的國產化，又滿足了正常生產的需要，日常維護工作大大降低，備件消耗降低明顯。改造后1年多以來該泵運行穩定，國產后的軸瓦、銷子已可長期正常使用，檢修周期也大大延長，每年可以節約檢修費用10萬元，取得了較好的經濟效益。
來源：《大氮肥》第25卷第3期