進口隔膜泵連桿軸承常見故障及維修

趙 峰

（國家電投集團山西鋁業有限公司，山西忻州 034100）

0 引言

進口隔膜泵是氧化鋁生產中的關鍵設備，其重要性如同人體的“心臟”，也是氧化鋁實產中經常“卡脖子”的地方，各個企業都非常重視。常規故障一般很快就能恢復生產，然而動力端故障由于維修技術難度大，尤其進口設備有時還需要國外技術的支持，維修時間長，給生產造成巨大影響。動力端故障中的常見也是最關鍵的是連桿軸承，不同于常規軸承的拆裝和要求，其設計理念非常先進，拆裝方法特殊、安裝標準高、技術難度大。山西鋁業有限公司近幾年分別維修了德國和荷蘭的3 種共13 臺進口隔膜泵，本文就進口隔膜泵連桿軸承的故障及維修注意事項進行探討，希望能為氧化鋁行業或有類似設備的企業提供參考。

1 帶緊定套的軸承簡介

大部分軸承的軸孔為圓柱形，與軸的裝配是利用熱脹冷縮原理，通過加熱軸承或低溫冷卻軸的方法進行（圖1）。緊定套有時也稱為錐形襯套、脹緊套。

圖1 圓柱孔軸承和圓錐孔軸承

圓錐孔軸承的軸孔為圓錐形，與緊定套通過錐面進行緊密配合，一起固定在圓柱形的軸徑上。通常情況下，緊定套表面的錐度為1∶12。與圓柱孔軸承相比，帶緊定套的圓錐孔軸承具有明顯的特點。

1.1 優點

（1）緊定套結構特點決定了其良好的自鎖性，可以應用于光軸上，避免階梯軸應力集中的不足。

（2）拆裝方便，可以固定在軸的任何位置，軸向定位調整靈活。

（3）新安裝或軸承輕微磨損后，徑向游隙可以通過緊定套調整。

（4）能夠方便地安裝在大型或結構復雜以及現場條件受限的設備上。

氧化鋁行業的隔膜泵作為大型設備，尤其受限于曲軸結構的復雜性和軸承大型化（直徑960 mm），現場安裝不適用于熱裝法，上述（1）、（4）兩方面的優勢尤為突出。

1.2 缺點

（1）技術難度大，尤其對于大型重載設備，對材料的要求高，并且需要制造廠家進行大量的基礎研究和試驗作為技術支撐。

（2）徑向游隙變化大、安裝要求高，對安裝工人有較高的技術水平要求，同時還需要豐富的經驗積累。

（3）通常需要一些專業液壓工具配合拆裝。

（4）裝配精度達不到要求，容易加速軸承損壞或者松動失效，影響相關部件的壽命。

從國外技術人員現場的多次拆裝過程看，進口隔膜泵連桿軸承的維修，一方面必須借助于可靠的專業液壓工具，另一方面過程控制并不局限于理論計算，而是根據不同軸承出廠時公差范圍內的微小尺寸區別（雖然所有軸承都是合格的），結合實踐經驗在過程中加以修正，確保達到理想的安裝效果，提高設備長周期的可靠性。

2 進口隔膜泵連桿軸承的特點

氧化鋁行業的進口隔膜泵屬于重載設備，而且曲軸結構復雜，為確保連桿不偏擺，連桿軸承選定為帶緊定套的圓柱滾子軸承。與常規帶緊定套的軸承比較，連桿軸承除了外形較大、承受交變重載之外，最大的不同是安裝時在徑向方向增加了預載荷（即預緊），而且最終使軸承內部處于負游隙狀態。

增加的預載荷在進口隔膜泵中有以下5 個特殊的作用：

（1）在滾子與內外套圈之間總是保持一種預壓力，使軸承在重載荷下游隙依然很微小甚至不產生游隙，大大提高旋轉精度與定位精度，從而保證十字頭運行的穩定性。

（2）可以抑制振動及噪聲。預載荷使工作游隙越小，滾子在無載荷區的引導性越好，振動和噪聲就越小。

（3）能夠有效約束軸承滾子的公轉滑動、自傳滑動，減少磨損。

（4）增加了載荷區的滾子數量，軸承負荷更均勻，降低單個滾子的負荷，減少軸承在重載時的彈性變形，提高運行的可靠性。

（5）可以提高軸承的使用壽命。軸承游隙在運行過程中會因為磨損而增加，提前增加了預載荷可以有效補償游隙。

3 進口隔膜泵連桿軸承常見故障的原因

結合進口隔膜泵的工況和連桿軸承的自身特點，對經常出現的不同于常規軸承的兩種故障進行介紹及原因分析。

3.1 軸承內圈斷裂

（1）安裝或拆卸過程中受到了較大的沖擊力。該類大型設備和軸承，經常受限于現場條件，沒有做好準備措施，在拆裝時急于求成、野蠻維修，會沖擊軸承。另外，吊裝過程中控制不當造成磕碰，也會導致軸承受到劇烈的沖擊。

（2）安裝游隙控制過小。該類軸承對按照技術人員的要求較高，負游隙過小，導致軸承過盈量太大，彈性范圍減小，內圈應力加大，尤其在隔膜泵不均勻反復的重載沖擊下將內圈脹裂。

（3）安裝游隙控制過大。負游隙過大或為正游隙，一方面導致載荷區的滾子數量減少，增加了單個滾子的接觸力；另一方面在重載的情況下，也會使軸承內圈的形變增大。

（4）運行過程中受到沖擊。在氧化鋁行業中，經常由于卡閥、隔膜破損、溶出機組故障甚至活塞桿頻繁斷裂等原因，導致隔膜泵突然間運行壓力大幅波動、運轉不平穩，動力端受到嚴重的沖擊，因此建議通過重視設備、加強操作和專業點檢定修等措施，減少連桿軸承的沖擊。

（5）連桿軸承的內圈或曲軸與緊定套之間出現竄動，導致軸承完全偏離正常工作狀態而引起內圈斷裂。

3.2 軸承內圈、緊定套、曲軸互相竄動

（1）裝配表面不潔凈。由于存在雜質，導致配合面的接觸面積大幅減小且不易發現，在運轉一段時間后，由于摩擦力不夠而出現竄動。此外，由于緊定套與曲軸完全靠過盈量緊固在一起，如果配合面油污、雜質和水，也會導致摩擦力減小出現竄動。

（2）配合面邊角有毛刺或脹邊，同樣會導致裝配不到位出現竄動。

（3）維修過程中磕碰損傷裝配面。由于隔膜泵的零部件都較大，很多情況下要借助于行車或手拉葫蘆，拆裝不靈巧，導致磕碰裝配面。甚至在安裝緊定套時無法借助起重設備，只能靠多人配合手工組裝，更容易碰傷配合面。

（4）曲軸表面處理不徹底導致非正常接觸，接觸面積小于80%的最低要求。例如，在設備故障時曲軸表面出現粘附磨損，表面有溝痕或劃傷；維修過程中磕碰表面出現個別高點。

（5）軸承與緊定套未配套使用。為保證安裝質量，內圈和緊定套在出廠前已進行過配對研磨，所以在更換時必須按照標記或裝箱清單配套使用、不能混用，否則接觸面積有可能達不到安裝要求。

4 連桿軸承維修的注意事項

常規軸承緊定套的尺寸和形位公差參照標準GB/T 9160.1—2017 和ISO 2982-1：2013 制造。但是，通過對隔膜泵進口連桿軸承的測量對比，發現緊定套圓錐表面對內孔的徑向跳動量、圓錐表面的錐角偏差等參數的公差平均比國標和國際標準高出5倍以上，可見連桿軸承“大而不笨”，屬于大型化、高精度、重載荷設計，其維修有很多地方不同于常規軸承（關于連桿軸承的詳細拆裝步驟本文不進行贅述）。山西鋁業有限公司有3 種不同廠家的大型進口隔膜泵，通過多臺大修工作，積累了一定經驗。針對維修過程中不同于常規軸承需要注意的事項進行探討：

（1）高度重視，仔細認真。連桿軸承為進口備件，屬于高精度、重載荷設計，為非標軸承，在各個方面比一般帶緊定套的軸承要求高很多，所以，在維修時必須給予足夠的重視，所有拆裝工作必須緩慢進行，邊維修、邊檢測、邊檢查，尤其是對細節的處理馬虎不得。

（2）安裝前高標準的清潔非常重要。必須把軸承內圈、緊定套、曲軸的表面進行認真細致地清潔，不能留有任何尖角、毛刺，必要時用專業砂紙打磨，避免影響裝配精度。

（3）多人配合要默契。緊定套打壓前，確保潤滑油和所有油路必須清潔。緊固人員和打壓泵操作人員要緊密配合，時刻進行交流溝通，確保打壓時緩慢升壓，緊固圓螺母時保持打壓泵壓力不會突然升高。

（4）過程潔凈同樣重要。由于曲軸不是階梯軸，緊定套與曲軸完全靠過盈量緊固在一起，所以要求曲軸表面和緊定套內表面不能有任何油污、雜質和水，建議用專用的清洗劑徹底清潔，然后用干凈的布擦拭干凈。安裝緊定套時，相關人員最好佩戴潔凈干燥的純棉手套，以減少配合面的污染。

（5）緊定套與軸承必須按照標記或裝箱清單配對使用，不能混淆。

（6）游隙控制是關鍵。該軸承最終安裝要求為負游隙，無法直接測量，只能間接通過軸向推進量或緊定套圓螺母的旋轉角度來推斷。雖然廠家給出了軸向位移與徑向游隙的關系式，但是只能作為參考，因為不同的軸承廠家以及軸承間的個體差異存在，必須從實際情況出發，安裝時通過測量、計算、比對，并融合一些實際經驗，最終達到安裝要求。

5 結束語

氧化鋁行業大型隔膜泵的連桿軸承有其獨特性，多年來其設計、制造、安裝技術一直被國外廠家壟斷，過高的產品附加值和售后費用大大提高了我國企業的成本。不過，隨著我國材料和制造加工能力的不斷提升，多年來國內廠家已經潛心做了大量的基礎工作，堅持不懈地對國外技術進行研究、消化、吸收和自主創新。一些企業已經實現了國產化大修替代進口隔膜泵，打破了國外技術壟斷，成本僅是國外的50%，而且效果良好。