往復式高壓柱塞泵填料函拆卸工具的設計與應用

李德義，關 剛，蒲 金

（新疆天智辰業化工有限公司，新疆石河子 832012）

往復式高壓柱塞泵基于其工作效能高、可靠性強的特征，能夠應用于多行業的場景。作為煤化工生產裝置設備體系的重要構成，其工作場景主要在于：升壓工藝介質液體，使其能夠適應后續工段的應用場景，提高化學反應壓力的適應性。在我司的生產裝置中，11臺大型往復式高壓柱塞泵與其他設備一起運行，用于生產乙二醇與1,4-丁二醇，使其分別達到35萬t痦20萬t的年產量，進而滿足市場需求。

高壓柱塞泵的特征在于以下幾點：

1）瞬時流量具有顯著脈動性：基于柱塞泵工作流程的分析，作為關鍵要素的工藝介質液體，其吸入—排出的運行是交替的。在這個過程中，泵內活塞的速度不斷變化，進而使得泵的瞬時流動處于不連續的變化中，這一情況多集中于工作腔只有一個的泵內。工作腔增多的情況下，其瞬時流量脈動幅度有所降低。

2）平均流量具有恒定性：從理論視角來看，柱塞泵流量影響因素主要集中于其結構參數，涵蓋了：每分鐘往復次數、活塞行程、活塞直徑、活塞數目，等參數。不受排出壓力、輸送介質的物理與化學性質影響，進而使得柱塞泵平均流量恒定。

3）管道是決定柱塞泵壓力的關鍵因素：在實際運行過程中，基于柱塞泵的管道性質，設定最高范圍的排出壓力，在具體操作過程中，應按照規定來進行操作，確保排出壓力在規定范圍以內。

4）高度適應輸送介質：多數情況下，柱塞泵可以輸送不同物理與化學性質的工藝介質液體。少數情況下，基于泵液力端的材料、制造工藝、密封技術的特殊原因，偶有無法適應部分介質液體的現象。

5）自吸性能優越：在運行過程中，自吸性能使其在運行前無需灌泵即可運行。而且，有著高效率與節能的特性。

往復式高壓柱塞泵的工作原理在于：作為容積式泵，其基于柱塞往復運動——工作腔容積變化的操作，完成介質液體的吸入與排出。動力端、液力端、傳動部分、安全閥、潤滑是常見的泵內結構體。其中，動力端涵蓋了傳動箱體、十字頭、連桿等構成部分。作為動力端與液力端的受力裝置，傳動箱體的兩端以座孔設置連接主軸承，內部安裝十字頭滑道。曲軸箱與潤滑油油池連接。液力端基于整體的結構，主要作為柱塞填料裝置。傳動部分通過高、低速聯軸器，護罩的組成結構來設置減速。安全閥作為泵的安全設備，通常位于液體排出口。柱塞泵在運行時，柱塞在填料函內來回做往復運動，不可避免地造成填料的磨損，進而會導致物料的泄漏，物料的泄漏給生產運行造成很大影響，為了使生產運行不受到影響，因此需要及時更換磨損的填料。這種柱塞泵主副填料函體積和重量都較大，而且一臺泵有多個填料函，但是卻沒有專門的填料函拆卸工具，在無專用安裝工具的情況下，拆卸難度較大。因此傳統模式下，如果想要進行拆卸、填料等，中間都需要多人配合才能完成安裝，由此可以看出，拆卸員工工作負荷比較大，不僅費時費力，而且操作不安全，還容易存在碰傷、砸傷等安全隱患。很多現實中的事故案例對此也是一個警醒，因而可以看出，拆卸工具的研發、投入使用等有著非常現實的意義。

在實際檢修更換填料時，更換一個填料函需要多個步驟，需要依次將閥體、柱塞、主填料函鎖緊螺母、副填料函鎖緊螺母、副填料函拆卸下來，才能取出填料函中填料進行更換。但是每臺柱塞泵中有5個填料函，每更換一臺柱塞泵的填料函需要重復上述操作五次，而且每個填料函的重量都不輕，一個填料函差不多有20kg，所以每次在更換填料函時，不僅浪費時間，由于填料函過重，每次更換一個人根本換不了，需要多人配合才能完成。而且由于柱塞泵的體積也比較大，再加上工人有時操作不規范，很容易出現安全的問題。

同時在更換填料時，調整密封填料的緊密度是非常重要的，填料任何可能的軸向間隙都可能導致液壓汽缸和柱塞損壞，填料受力不均勻，也會縮短填料的使用壽命，由于填料在裝入液壓汽缸前，已預先成形，如何解決填料的緊密度，是延長填料使用壽命的關鍵。這也是設計環節必然要注意的問題以及通過設計來解決的問題。

為解決上述問題和隱患，本文結合本廠柱塞泵的結構特點和多次的維修經驗，設計出一種往復式高壓柱塞泵填料函的專用拆卸工具與填料壓緊工具，并在實際檢維修中進行了應用，下面則就整個設計思路、設計預期目標等進行詳細分析，從而給實踐環節的滲透提供一些借鑒作用。

本文的設計思路如下。

（1）首先了解柱塞泵中填料函的拆卸步驟，為了讓了解更加深入，此次了解進入一線，對于相關工作人員進行了問卷調查、訪談等，掌握了較為詳實的一手資料，為整個設計的嚴謹性、實用性等奠定了基礎。

（2）根據填料函的拆卸步驟，再結合柱塞泵的結構特點，設計合適的主副填料函的拆卸工具，希望可以為實踐運用提供參考。

（3）柱塞泵在運行時，柱塞在填料函內來回做往復運動，不可避免地造成填料的磨損，從而會導致物料的泄漏，進而影響運行生產效率，為了解決這個問題，本文還專門設計了一個專門針對本廠使用的柱塞泵填料工具。

1 往復式高壓柱塞泵填料函拆卸工具的設計

往復式高壓柱塞泵在填料過程中有著非常多的注意事項以及特殊性，那么對于對應的工具應當如何設計、如何選用、如何使用等也有著嚴格的要求，為了提高效率，很多時候需要對其進行各個步驟和環節的要求，下面則對此展開具體分析。

1.1 主副填料函拆卸工具設計方案

對柱塞泵填料函拆卸工具進行設計，例如，高壓柱塞泵主填料函和副填料函拆卸工具，包括固定機構和拆卸機構；固定機構由主填料函上基礎板、主填料函下基礎板和支撐架組成，主填料函上基礎板與主填料函下基礎板上下平行，支撐架垂直于主填料函上基礎板與主填料函下基礎板，用于支撐主填料函上基礎板與主填料函下基礎板；拆卸機構包括一手柄，手柄上設置有頂桿，手柄與頂桿呈T字形連接，頂桿上設置有上拉板，頂桿垂直通過上拉板的中心位置，上拉板上設置有調節絲桿，調節絲桿上設置下拉板，下拉板與上拉板平行，頂桿垂直通過下拉板的中心位置。

1.2 填料壓緊工具設計方案

柱塞泵填料壓緊工具設計方案如下：支撐圈、襯套、隔離環、填料和插塞組成，以上部件為依次嵌套式連接。還包括千斤頂和給予壓力的基礎架，基礎架的上、下方基礎板為平行板，作為安放填料壓緊工作的工作臺，千斤頂作為施力工具。插塞與襯套為間隙配合，有效防止填料壓緊過程中變形損壞。

拆卸和壓緊都是整個過程中必不可少的環節，直接決定了填料作用的發揮，因此在設計方案上應當做到嚴謹、科學和高效。

2 主副填料函拆卸與填料壓緊工具的使用方法

主副填料函拆卸有著非常多的注意事項，同時也需要各種壓緊工具的配合，那么如何更加有效地使用這些工具呢？本文對此展開研究，結合工作經驗提出如下幾種觀點。

2.1 主副填料函拆卸工具使用方法

主、副填料函拆卸工具工作過程如下：拆卸主、副填料函時，通過主填料函上下基礎板固定主填料函，副填料函上下拉板固定副填料函使其在頂桿的作用下上升，從而帶動副填料函上升脫離主填料函，工作時工作人員只需通過旋轉頂桿，通過螺桿與螺母間相對運行即可使副填料函脫離主填料函。相比較之前人工的更換操作，不僅縮短了填料函拆卸操作時間，還提高了工作效率，之前進行此項操作需要4~5個人合力進行操作，現在僅需1~2個人就可以完成此項操作。而且之前在拆卸過程中，由于工人的工具使用不當，很容易對填料函造成損傷。

2.2 填料壓緊工具使用方法

填料壓緊工具過程：將襯套放在支撐圈上，在襯套中先放入隔離環，再放入所需壓緊的填料并正確到位，最后將插塞插入襯套，利用千斤頂壓縮填料5~10s，按照先前計算的載荷，用千斤頂壓縮插塞5~10s；本項操作完成后，在襯套中取出已壓縮成型的填料。此工具的設計，極大提升了填料函的使用時間，原本的填料函只能使用兩個月左右就需要進行更換，本工具的設計可以使填料函中的物料壓得更緊實，不容易受到柱塞在往復運動中造成的磨損，將填料函的使用時間增加到了半年。這樣也間接減輕了工人們的工作壓力，原本兩個月就需要更換一次，現在半年更換一次。

3 實際應用效果

3.1 工作效率的提升

將設計的往復式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具應用到公司所有柱塞泵的維護保養中，根據實際的驗證效果對比，在沒有使用專用拆卸工具前，更換一臺往復式高壓柱塞泵（型號Titano 31400）的全部填料需要用時14h，拆卸一個主副填料函需四人共同完成；在完成操作后，更換一臺泵填料耗時7h；而使用專用工具進行填料函更換操作時，人數可以減少至兩名，但是，相應的時間卻縮短了，整體效率更高。原本在不借助本文設計的填料函壓緊工具對填料函進行填料時，添加一個填料函的材料需要的時間為2h，使用了本文設計的填料函壓緊工具，僅需1h就可以完成。填料壓緊工具的使用則極大提升了填料的壓緊量，延長了填料使用壽命，由原來的2個月需更換一次填料，提高至半年更換一次填料，提高了維修質量，降低了公司的維修費用，為公司的順利生產鋪平了道路。由此可以看出，機械設備的輔助可以讓填料效果更加凸顯，也可以降低人員、財力的支持力度，從而與新時代低碳環保政策相適應。

3.2 勞動強度顯著降低

專用工具的使用改變了人力拆卸的現狀，降低了拆卸連續操作的時間，使得員工在拆卸后仍然能夠保持一定的力度。這是專用工具高效性的一種體現，基于兩人與專用工具的基本拆卸操作，可以減少維修的人員，可以安排更多的人手去做其他工作，原來更換一臺柱塞泵填料函需要4~5人，現只要1~2人，極大降低了員工的勞動強度，員工不必再為過分的工作量而煩惱，同時還可以騰出更多的精力來工作于其他環節。

3.3 安全系數的提高

既然是專用工具，那么就有著一定的專用性、針對性等，因而可以讓工具更加匹配相應的工序。實踐表明，在使用專用工具后，告別了多人配合拆卸的時代，預防了碰傷、砸傷等人身傷害事故的發生，畢竟很多人員已經不必在一線工作，利用機械來保障了工人們的生命安全，這個效益是長期的，與當今時代高質量發展的行業特征也是比較吻合的。

4 結束語

往復式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料壓緊工具的應用，具有節約公司填料函拆卸、更換填料的人力與時間成本，工作效能高的情況下保證了安全性。專用工具的使用，使得填料函的拆卸標準化、規范化、易操作，改變了人力使用榔頭、銅棒等硬撬拆裝部件的現狀，提高了填料函的使用壽命，讓拆裝維修工作人員能夠以更短的時間、更安全更高效的操作完成維修、更換、填裝，進而既能保證人力資源的高效利用，又能保證柱塞泵再次投入運行的時間。

本文還專門設計了一種填料函的壓緊工具，因為柱塞泵在運轉過程中，柱塞是做高速直線運動，而填料必須和柱塞緊密結合才不會發生磨損。原本的填料函只能使用兩個月左右就需要進行更換，經過本文的設計極大增加了填料函的使用時間，這在一定程度上也減輕了工人的負擔。雖然設計了專門的填料函拆卸工具，但是按照以往的填料函壓緊方式，還是兩個月就要更換一次，雖然更換的效率變高了，但是更換的時間相對來說也是很長的。按照現在的壓緊方式，不僅降低了工人的勞動強度，還降低了材料的損耗，因而具有一定的時代特色，從效率提升方面做出了重要貢獻。

往復式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料壓緊工具，在工作效能方面具有顯著的便捷性、安全性、易操作的特征，解決了原本填料函拆卸復雜、耗時耗力、填料使用時間短且需頻繁更換的現實問題，能夠更好地用于大型貝羅尼柱塞泵安裝和檢修過程中。