常減壓泵軸承故障分析及處理

馮 仲 劉 新 黎曉勇 李婷莉

（獨(dú)山子石化公司煉油廠 新疆獨(dú)山子）

一、引言

常減壓裝置的4臺(tái)進(jìn)口泵，自開(kāi)工以來(lái)，多次由于軸承故障造成停泵檢修，該泵結(jié)構(gòu)形式為雙支點(diǎn)雙級(jí)離心泵，徑向軸承采用滑動(dòng)軸承，推力軸承為滾動(dòng)軸承，輸送介質(zhì)為初底油，介質(zhì)溫度達(dá)242℃，軸承故障頻發(fā)易造成密封泄露等故障，會(huì)引發(fā)安全及設(shè)備事故。在日常巡檢監(jiān)測(cè)及前幾次拆檢過(guò)程發(fā)現(xiàn)軸頸有磨槽、軸瓦有磨痕、軸承溫度偏高等故障現(xiàn)象，通過(guò)分析采取有效措施解決了問(wèn)題，使得設(shè)備正常運(yùn)行，保證了裝置生產(chǎn)的平穩(wěn)進(jìn)行。

1.故障現(xiàn)象及原因分析

（1）軸頸磨損。在拆檢后發(fā)現(xiàn)，在軸頸上與甩油環(huán)所接觸的軸頸部位出現(xiàn)磨槽，且痕跡明顯，如圖1所指示位置。

通過(guò)對(duì)磨損部位的檢查，核對(duì)軸及甩油環(huán)的材料以及對(duì)甩油環(huán)的尺寸進(jìn)行測(cè)量后，甩油環(huán)對(duì)軸頸部位的磨損主要原因有：

甩油環(huán)材料選用不當(dāng)。經(jīng)查證甩油環(huán)選用的材料為A276-410，而軸的材料也為A276-410，同類材料容易出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，易造成磨損，通常在選用甩油環(huán)時(shí)材料較軸軟，常選用磷青銅，這樣有利于保護(hù)軸，在有摩擦的情況下甩油環(huán)被磨損而軸會(huì)被保護(hù)不被磨損。

甩油環(huán)尺寸不合適。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)甩油環(huán)及軸頸尺寸進(jìn)行測(cè)量，甩油環(huán)的內(nèi)徑195 mm，軸頸外徑140 mm，甩油環(huán)內(nèi)徑與軸頸外徑的比值1.39，查設(shè)計(jì)規(guī)范甩油環(huán)內(nèi)徑與軸頸外徑的比值應(yīng)在1.5～1.9之間，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的比值顯然不符合設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致甩油環(huán)沒(méi)有足夠的浮動(dòng)空間，無(wú)法正常供油，從而導(dǎo)致磨損出現(xiàn)。

（2）軸瓦磨損（圖2）。在對(duì)拆檢的部件檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)前、后端的徑向軸瓦巴氏合金表層有磨損現(xiàn)象，從圖2中看出是由于潤(rùn)滑不良或是軸瓦溫度過(guò)高巴氏合金強(qiáng)度降低造成，從現(xiàn)場(chǎng)拆檢及測(cè)量結(jié)果分析造成軸瓦磨損的原因主要有：

圖1 軸頸與甩油環(huán)位置及磨損情況

軸瓦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)甩油環(huán)浮動(dòng)空間測(cè)量，上下活動(dòng)間隙只有4 mm，無(wú)法正常工作，由甩油環(huán)供給的潤(rùn)滑油量不足，造成軸瓦無(wú)法充分潤(rùn)滑從而造成磨損。

軸瓦與軸頸接觸面積過(guò)大。現(xiàn)場(chǎng)用涂紅丹粉著色的方法測(cè)量軸頸與下軸瓦接觸角約120°～150°，而正常情況下，滑動(dòng)軸承與軸頸的接觸角要求在 60°～90°，當(dāng)接觸角過(guò)大且＜120°時(shí)，液體摩擦將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，也就是說(shuō)無(wú)法形成潤(rùn)滑油膜，會(huì)造成軸瓦磨損。

軸瓦表面溫度過(guò)高。當(dāng)軸瓦沒(méi)有良好的潤(rùn)滑，會(huì)造成局部溫度升高，且該軸瓦沒(méi)有冷卻方式，會(huì)造成熱量聚集降低巴氏合金表層的強(qiáng)度從而造成磨損，這點(diǎn)從現(xiàn)場(chǎng)軸瓦表層的顏色可以看出。

圖2 軸瓦磨損

二、解決措施及改進(jìn)方案

1.甩油環(huán)改進(jìn)

（1）甩油環(huán)材料改進(jìn)。將甩油環(huán)的材料由A276-410改為磷青銅，由于磷青銅較A276-410軟且耐磨性較好，在發(fā)生摩擦的時(shí)候會(huì)起到保護(hù)軸的作用，軸的材料不用更換，磷青銅現(xiàn)材較多且價(jià)格合適，這樣改造不必花費(fèi)太多的成本具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

（2）甩油環(huán)結(jié)構(gòu)及尺寸改進(jìn)。按照設(shè)計(jì)規(guī)范甩油環(huán)內(nèi)徑與軸頸外徑的比值應(yīng)在1.5～1.9之間，取最小比值1.5進(jìn)行計(jì)算，甩油環(huán)內(nèi)徑選取＞1.5倍的軸頸尺寸，可取直徑 210 mm，外徑220 mm，寬度保持16 mm，為減小甩油環(huán)與溝槽的接觸面積，從而減小磨損，將橫截面制成梯形（圖3），兩側(cè)邊斜度為10～15°，在甩油環(huán)內(nèi)側(cè)車0.5 mm的溝槽，提高供油能力。

2.軸承改進(jìn)

（1）軸承部位甩油環(huán)活動(dòng)空間的改進(jìn)。由于上軸瓦與甩油環(huán)均有不同程度的磨損，說(shuō)明甩油環(huán)浮動(dòng)量太小，目前只有4 mm，借鑒通用機(jī)泵甩油環(huán)浮動(dòng)量實(shí)際測(cè)量為10 mm，將上軸瓦甩油環(huán)對(duì)應(yīng)的部位進(jìn)行修車加深，深度由原來(lái)的8 mm修車為14 mm（圖4）。這樣給甩油環(huán)一個(gè)足夠的運(yùn)行空間，保證將足夠的潤(rùn)滑油帶到軸瓦部位進(jìn)行供油潤(rùn)滑，確保軸瓦潤(rùn)滑油充分供應(yīng)。

圖3 甩油環(huán)改進(jìn)后橫截面示意圖

由于下軸瓦與甩油環(huán)均有不同程度的磨損，說(shuō)明下軸瓦甩油環(huán)槽弦長(zhǎng)過(guò)大，目前現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量下軸瓦甩油環(huán)槽弦長(zhǎng)176 mm，參考通用機(jī)泵軸瓦甩油環(huán)槽弦長(zhǎng)選用比例，將下軸瓦甩油環(huán)槽弦長(zhǎng)加工到160 mm，避免油環(huán)碰撞磨損，這樣相當(dāng)于給甩油環(huán)提供一個(gè)更充分的工作空間，目的是給軸瓦充分供油潤(rùn)滑（圖 5）。

圖4 軸瓦甩油環(huán)對(duì)應(yīng)部位改造示意圖

圖5 下軸瓦甩油環(huán)部位弦長(zhǎng)改造示意圖

（2）軸瓦接觸角改進(jìn)。從目前拆檢的情況看，4臺(tái)運(yùn)行過(guò)的機(jī)泵主軸及軸瓦表層都有磨損現(xiàn)象，從現(xiàn)場(chǎng)著色檢查看下軸瓦的接觸角約在120°～150°，而正常情況下，滑動(dòng)軸承與軸頸的接觸角要求在60°～90°，因此對(duì)該軸瓦的瓦口進(jìn)行刮研，通過(guò)調(diào)整著色檢查，保證軸頸與下軸瓦的接觸角在90°左右，同時(shí)增大進(jìn)油口的間隙，保證在接觸角正常的情況下有更多的潤(rùn)滑油進(jìn)入軸瓦內(nèi)部，給運(yùn)轉(zhuǎn)提供良好的潤(rùn)滑，避免軸瓦及軸頸部位出現(xiàn)磨損。

（3）冷卻方式的改進(jìn)。兩臺(tái)拔頭油泵的介質(zhì)為初底油，溫度較高，達(dá)到242℃，給軸承部位增加大量輻射熱量，加上前期軸承在結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑方式上存在缺陷，造成軸瓦內(nèi)部溫度過(guò)高，從而引發(fā)軸承表面磨損發(fā)生故障，現(xiàn)雖然通過(guò)改造解決了軸承潤(rùn)滑的問(wèn)題，但在輻射熱量方面仍存在問(wèn)題，根據(jù)軸承箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在前后軸承箱處加裝冷卻風(fēng)扇（圖6），降低軸瓦和軸承箱溫度，從而給軸承運(yùn)行提供一個(gè)良好的環(huán)境，延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行周期。

圖6 軸承部位加裝冷卻風(fēng)扇示意圖

三、結(jié)論

通過(guò)對(duì)常減壓裝置4臺(tái)進(jìn)口泵的故障原因分析，對(duì)分析結(jié)果采取合適的解決方法，消除了設(shè)備在運(yùn)行中常出現(xiàn)軸瓦溫度高、磨損以及軸頸磨損等故障。目前4臺(tái)泵的軸承運(yùn)行溫度維持在50～60℃，狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示軸承及轉(zhuǎn)子運(yùn)行良好，改進(jìn)的成功使得設(shè)備能長(zhǎng)周期運(yùn)行。