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离心泵轴承润滑的改造

2013-10-18

赵尔班　霍风华　冯满昌
（吉林石化公司丙烯腈厂，吉林吉林　132021）
　　摘　要：为消除离心泵轴封处的泄漏现象，通过更换润滑剂以及对油封进行改造等方法加以解决，改善了设备环境状况，实现了清洁生产。
　　关键词：离心泵；轴承；润滑；改造
　　在化工生产中，大量使用离心泵作为各种工艺介质输送的动力源。离心泵的维护成为化工装置长周期稳定生产的重要保证，而轴承的良好润滑又是离心泵长期稳定运转的重要保证。化工装置的离心泵轴承多数采用滚动轴承，在电机带动下高速运转因而产生大量热量，良好的润滑可将轴承的各个相对运动部件之间形成油膜，从而保护各个部件不发生接触性摩擦，减少因磨擦造成的功耗，降低各部件的磨损，还可起到冷却、防尘、防锈及吸振等作用。搞好设备润滑是保证设备正常运转、减少设备磨损、防止设备事故、降低动力消耗、延长修理周期和设备使用寿命的有效措施。
　　目前化工装置中的离心泵轴承润滑主要采用润滑油油浴润滑的方式。这种方法使用简单、维护便捷。通过旋转的轴承部件或挂在轴上的带油环带起轴承箱内的润滑油，使其飞溅到轴承的各个部位实施充分的润滑，Z后又落回到油箱中被再次带起。这种方式要注意油量的控制，油量过少会造成轴承润滑不充分而提前磨损失效；油量过多又会造成轴承温度过高。一般以轴承箱内润滑油面高度略低于轴承Z下方滚动体的中心线为宜。在实际使用中发现，由于轴承箱端盖侧的油封经常出现润滑油渗漏，这一方面对装置现场的环境造成污染；另一方面若巡检不及时，油封与轴之间的间隙因磨损增大造成润滑油泄漏较多，当油位低于轴承Z下部的滚动体时，会导致轴承润滑不良，致使轴承内各相对运动部件之间无法形成油膜，轴承内各部件相互接触摩擦，产生的热量不能迅速地带走，轴承的滚动体、内外圈等部件局部受热膨胀、间隙缩小，轴承滚动体无法在轴承内外圈之间进行相对运动，从而导致轴承抱死、烧毁，甚至造成泵轴等重要部件的严重损坏。
　　为解决润滑油泄漏问题，采取了以下几种措施和方法，经多次实践验证，效果非常明显。
　　1　将轴承由油润滑改为脂润滑
　　将易流动的润滑油改为粘稠、不易流淌的润滑脂，即可彻底解决离心泵润滑油渗漏问题。将润滑油改为润滑脂，主要从滚动轴承的工作温度、轴承负荷和工作转速三方面进行考虑：
　　（1）工作温度。由于润滑脂的粘度与温度紧密相关，球轴承润滑脂的黏度一般不应低于13mm2/s，滚子轴承润滑脂的黏度一般不应低于20mm2/s。在选择润滑脂时，应重点考虑润滑脂的滴点、针入度和低温性能。一般轴承的工作温度须低于润滑脂滴点10～20℃。
　　（2）轴承负荷。由于轴承的负荷越大，润滑脂的黏度应越高，即选用针入度小的润滑脂类型，以保证在接触面间有效地形成润滑油膜。随着轴承负荷的递减，润滑脂的黏度也应随之降低。
　　（3）工作转速。轴承的工作转速越高，套圈、滚动体和保持架运动中引起的摩擦发热越大，可用不同滚动轴承类型的速度指数dn值来判断。d为滚动轴承内径和外径的平均值，单位为mm；n为轴承每分钟的转速，单位为r/min。对深沟球轴承、调心球轴承和角接触球轴承为160000；圆柱滚子轴承为120000；圆锥滚子轴承为100000；调心滚子轴承为80000；推力球轴承为40000[1]。
　　经对现场稳定运行的离心泵观察发现，由于泵内介质的热量可沿泵轴传递到轴承，故轴承的工作温度与泵内所输送工艺介质的温度有关；而轴承运转过程中也产生热量，尽管这部分热量大都会被润滑油带走，但经实测轴承处的工作温度一般要比介质温度高出15～20℃。另外还要考虑冬季、夏季的温差影响，泵房内冬季Z低约为10℃，而夏季可高达40℃以上。同时为确保改为润滑脂后便于管理，应选用一种适用范围广的润滑脂作为润滑油的替代品。基于以上考虑，Z终选用3号通用锂基脂作为润滑油的替代品。
　　3号通用锂基脂理化特性：适用温度范围：-20-120℃；滴点不低于180℃；工作锥入度（1/10mm）为220-250。
　　由此，假设改造后轴承工作温度为120℃，考虑到介质温度和冬、夏季温差，介质温度不能高于70℃；为稳妥起见，对工艺介质工作温度低于70℃的离心泵进行润滑剂的改造。Z后还要考虑工作转速的情况，一般离心泵驱动电机转速为1490r/min或2900r/min，采用深沟球轴承、调心球轴承、角接触球轴承和推力球轴承。根据速度指数dn值的限制，来确定轴承内径是否符合改造要求。
　　具体改造措施：拆开轴承箱，将其中润滑油排净，用洗油将轴承箱内各部件清洗干净后，在轴承内外套圈之间的滚动体和保持架表面涂抹上润滑脂，要确保润滑脂完全充满。然后根据轴承的规格加工相应的轴承挡圈并固定在轴承面向轴承箱一侧的轴上，其外径略大于轴承外圈的内径，并在轴向上与轴承保持1-2mm的间隙，同轴承外侧的轴承压盖一同形成充满润滑脂的润滑室。自轴承箱项部轴承座的位置上开出一小孔作为润滑脂补加孔。补加时，拆开轴承端盖，边盘车边用干油枪自补加孔注入润滑脂，直到润滑脂自拆开的端盖处挤出视为加满。安装好轴承端盖，将轴承箱上部的加油孔、底部的排油口丝堵拆除。在日常运转过程中，若轴承损坏造成磨损加剧或润滑脂变质，会导致轴承润滑环境变差，温升较高，致使润滑脂受热自底部排油口流淌出来。日常巡检时发现底部排油口有油脂流出，或用红外测温仪检测轴承座处温度超过70℃时，则需要马上停泵拆检轴承端盖，检查油脂是否不足或出现轴承损坏的情况。
　　改造实例：磁力泵型号为CMZA40-250A，该泵工艺介质温度为常温，轴承箱处温度经实测不超过45℃，泵转速为1450r/min，其外磁轴承润滑原采用46#透平油，通过挂在轴承定位环上的两个带油环将轴承箱中润滑油带起飞溅到两套6306轴承上进行润滑（见图1）。经计算，其dn值约为60000远低于所要求的160000，故可采用润滑脂润滑。根据图1中的结构，在前后两套轴承之间有一定位套，沿轴向固定在两套轴承的内圈内，同时该套还挂有两件带油环。改造后，去除带油环，在定位套上增加两个档油圈。档油圈内径略大于定位套外径，其外径略大于轴承外圈的内边缘直径，并通过紧固螺钉固定在定位套上，与轴承保持1-2mm的轴向间隙。加满3号通用锂基脂后进行运转，轴承处的振动值和表面温度与采用润滑油润滑时没有明显区别。
　　2　改造离心泵的油封形式
　　对于不宜改为润滑脂润滑的离心泵，可从其他方面考虑进行改造。若要保证离心泵长周期运转，首先要确保油封无泄漏。一般离心泵采用的油封主要为毛毡密封、迷宫密封、唇形骨架油封。老式的毛毡密封由于渗漏润滑油非常严重，许多化工装置中早已不使用。而传统的迷宫密封由于与轴存在径向间隙，使得轴承箱与外界环境相通，导致外界环境中的粉尘和水汽会进入轴承箱内污染轴承和润滑油，甚至停泵时轴承箱内过多的润滑油可沿轴与轴封间的空隙泄漏到外界环境中，造成污染。而骨架油封由于其外径与轴承端盖的油封座有一定的过盈量，故可固定在端盖上，而内侧的密封唇口因靠弹簧的紧固使其内径略小于轴外径，故可紧箍在轴上，确保在泵运转过程中阻止润滑油渗漏，目前在一般离心泵中应用较为广泛。但骨架油封也存在一些问题。一般经过一段时间（约4-6个月）的运转，油封内侧的密封唇发生磨损，导致与轴之间出现间隙，仍会出现泄漏情况。当更换油封时，需将泵全部解体，增加了工人劳动强度，又容易在解体检修中造成叶轮、轴承等部件不必要的损坏；若不更换油封，润滑油泄漏，不利于密封，直接影响轴承寿命，甚至对泵轴等主要部件造成不必要的损坏。
　　采用润滑油对轴承进行润滑的离心泵，只要油封能够长周期无泄漏运转，即可确保轴承的良好润滑和长期运转。对此，经过对近几年使用的新型油封的考察：非接触磁力油封能够保证连续长周期运行无泄漏，其寿命基本与轴承的寿命相当；适用于振动量特别是窜动量不大的连续运转设备，价格较高，故将磁力油封用于生产能力大、精度高的关键机泵，在一般离心泵上并非是经济可行的选择方案。另一种新型的剖分式唇形骨架油封较适合一般离心泵。其与普通的唇形骨架油封相比，只是在油封环上开出一个约45°的斜口，将原来封闭的环形弹簧改为一根可通过两端挂钩连成一个封闭环的弹簧体。实际使用时，将油封的斜口错开套到轴上，在斜口处涂抹密封胶将其粘成一个封闭的环形（注意将斜口位置放在上部），将弹簧通过挂钩连成环形放入唇型骨架油封内侧的槽内，将密封唇口紧密地固定在轴上，Z后沿轴向将油封压入轴承端盖的油封座内，可与普通骨架油封一样起到封油的作用。尽管该油封运行寿命与普通油封一样，只有4-6个月，但其拆检更换方便，不必对泵进行解体。只需进行停泵，排净轴承箱内的润滑油后，一名普通的钳工只用10分钟即可完成这种剖分油封的更换工作，大大降低了维修的强度，减少了因设备频繁拆检对各个部件的损伤。
　　3　小结
　　在长期的维修维护实践中，对离心泵进行了一些简单而实用的改进，确保了现场各类离心泵轴承润滑充分，保证了设备的稳定运转，减少了现场的跑冒滴漏，实现了节约资源，保护环境。
　　参考文献
　　【1】董建民,黄红梅.滚动轴承的润滑方式[J].今日科苑,2009,(14):68-69.
来源：《石油和化工设备》2011年第14卷
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