TB型鈦泵的維修改進

丁秀明,鞏清明

(山東海化集團股份公司 純堿廠,山東 壽光 262737)

TB型鈦泵的維修改進

丁秀明,鞏清明

(山東海化集團股份公司 純堿廠,山東 壽光 262737)

著重介紹了TB型鈦泵在維修過程中出現的故障以及無法排除的缺陷,并作了原因分析,通過試驗,在不改變原設計的基礎上進行了簡單、實用、可行的改進。

TB鈦泵;角接觸球軸承;軸向預緊;游隙;軸向定位環

TB鈦泵屬于單級懸臂式離心泵,該泵與液體接觸過流部件均采用鈦及鈦合金制成,因此具有良好的耐腐蝕性能和較強地耐沖刷性能;整體質量輕、運轉電流小、節能效果好;軸密封采用開車時副葉輪密封機構和停車時填料密封機構相結合,泄漏率低,填料與軸套使用壽命長,維修保養方便等特點。非常適合純堿生產,主要用來輸送冷熱氨鹽水、冷熱母液、中和水、淡氨鹽水及其它腐蝕性介質。

我單位擁有8TB-9(A)等同類型號的鈦泵約46臺,目前因擴建正陸續追加。原有的鈦泵均在使用約4個月后陸續產生軸承磨損、軸竄、徑跳、振動、噪聲大等故障,根據設備生產廠家提供的技術資料和設備維護保養說明,只要對軸承進行適當的軸向預緊,調整軸承游隙即可恢復正常,但是在進行實際操作時,卻發現必須將泵解體方能實施,其工作量較大,故解體后,為保證維修質量,干脆將軸承更換為新件,維護費用較高。在投入使用不到3個月就開始出現故障苗頭,給生產帶來極大的影響,增加了維修工作量,也加大了設備維修成本。為從根本上徹底解決軸承故障初期不能調整維護的問題,作者查閱了大量相關技術資料,并結合對該類型泵多次拆解維修積累的一些經驗,詳細了解了該類泵的設計結構和各零部件之間的裝配關系,認真地分析了軸承故障初期不能進行調整維護保養的原因,找到了癥結之所在,并在不改變原設計的基礎上制定了一套適合維護、保養方便,簡單、可行的改進措施。經對3#(P0403C)冷母液泵實施改進后,使用效果明顯改善,改進取得重大成功。

1 TB鈦泵出現故障初期無法排除的原因分析

1.1 TB鈦泵角接觸球軸承故障原因分析

圖1為8TB-9(A)型鈦泵總裝配示意圖,該泵傳動軸采用2套角接觸球軸承(7318BEP)反向成對組合使用與另一套單列短圓柱滾子軸承(2318)單獨使用,分2點支承泵軸組成剛性支承轉子。2套角接觸球軸承成背對背排列方式安裝在軸中部軸頸上,作為主要支承,以共同承受雙向軸向力,單列短圓柱滾子軸承則作為浮動軸承安裝于驅動端軸頸上,以緩解軸因受熱而引起的軸向伸縮。

圖1 8TB-9(A)型鈦泵總裝配示意圖

成背對背排列安裝的角接觸球軸承(如圖2)在出廠前就已經進行軸向預加載荷檢測,精確設計、測算出角接觸球軸承內、外環調整墊圈的厚度,采用軸向預緊的方法來達到調整甚至消除軸承游隙的目的。然而這種調整預緊結構,在使用過程中其相對位置是不會發生變化的,故該結構稱為定位預緊。角接觸球軸承成背對背排列施行定位預緊后,經精心調試裝配基本上消除了軸承游隙,達到了設計要求和預期的運轉精度。但是設備在用戶手中正常使用運轉一段時間后(廠家要求連續運轉2 000 h),其軸承必然因正常機械磨損而導致軸承游隙變大,產生初期機械磨損故障,此時就應該停機進行維修保養、調整軸承游隙,以檢查并消除長期運轉過程中所造成的機械磨損而影響正常運行的缺陷。為此就必須將泵解體,取下角接觸球軸承放置于1級平板上,用專用測量工裝,施加規定的預加靜載荷測出軸承內、外環軸向相對位移量(即高度之差),重新測定計算軸承內外環調整墊厚度。通過軸向預緊來消除軸承游隙。而作為用戶來講,根本就不具備這樣的技術條件,也不會配備這些技術裝備來進行這些工作,況且時間也不允許。鑒于種種困難和客觀原因,無奈地放棄了這項工作,只有待軸承徹底損壞報廢后進行維修更換。久而久之惡性循環,造成軸承故障率高、壽命短,維修工作量大,成本高,費時費力,給生產帶來嚴重影響。由此我們得出結論:該泵在設計角接觸球軸承組合排列方式上選得不理想,不適合用戶的實際操作需要。故選擇一種切合實際需要的組合安裝方式就顯得十分必要。

圖2 背對背排列安裝的角接觸球軸承

1.2 TB鈦泵軸上零件裝配軸向定位精度差

從該泵的裝配圖(見圖1)可看出,泵軸上安裝有軸套6、副葉輪5、葉輪2等零件,它們皆由葉輪螺母擰緊后緊靠在軸承的內環壓緊螺母的端面上,其皆把軸承內環螺母端面作為軸肩以實現軸向定位,這種設計結構中內環螺母的軸向位置本身就不確定,它會受到角接觸球軸承寬度制造誤差、軸承內環調整墊的厚度誤差等因素的影響,使軸承螺母的旋入深度產生變化導致其軸向位置難以確定。而以它為定位基準的軸套6、副葉輪5、葉輪2等零件的軸向定位精度也就無法確定。這在實際工作中曾遇到過,以下事例就足以說明問題。

有一次,我們在維修2#(P0402B)淡氨鹽水泵,更換軸承裝復后,出現泵軸卡滯,盤車不動的故障,經過認真檢查分析,發現所更換的角接觸球軸承(7318BEP)系進口件(澳大利亞制造),該軸承寬度比原國產軸承窄0.5 mm,2只組合使用累計誤差達1 mm,軸承內環調整墊厚度未變,這樣軸承螺母就比原先位置多旋進1 mm,緊靠在螺母后的軸套6、副葉輪5、葉輪2則同向位移1 mm,導致副葉輪5與后蓋板、葉輪與隔板間隙過小而相互碰觸,致使泵軸卡滯,盤不動,造成返工。最后在副葉輪與軸套接觸面間加一厚度1.5 mm的鋼墊才解決了問題。

因此,我們通過分析認為該泵存在設計不周之缺陷,為方便以后維修保養,很有必要對此缺陷進行改造,以消除軸承制造誤差對其他零件軸向定位的影響。

2 改進方案的制定

通過以上分析,找到了原因,并大量查閱了相關資料,認真剖析設備構造和裝配關系,結合以往的維修經驗,積極同技術人員、維修工人展開廣泛的討論、研究,在不改變原設計結構的基礎上,制定了一套簡單、實用、可行的改進措施。

2.1 變角接觸球軸承背對背組合排列為面對面組

合排列

角接觸球軸承組合采用面對面排列方式安裝后(如圖3所示),僅可通過改變軸承壓蓋紙墊厚度,通過擰緊壓蓋螺栓推動軸承外環位移,使軸承內、外環與滾動體之間間隙變小來達到調整甚至消除軸承游隙的目的。調整量大小容易掌握,便于控制,并可以在使用一定時間軸承游隙變大后,不必拆解泵體就可以進行維修保養調整,減少或消除軸承因機械磨損造成的游隙變大的故障,將故障排除在萌芽狀態。只要軸承游隙調整達到技術要求,軸向預緊力合適,成面對面排列安裝的角接觸球軸承,其安裝剛度及運轉精度完全可以達到與背對背排列相同的效果。因此,面對面排列方式比較符合實際操作需要,較適合于用戶維修保養,當然可能達不到設備生產廠家的技術水準,但對于離心泵而言滿足使用要求是完全可以達到的。

圖3 面對面排列安裝的角接觸球軸承

2.2 軸向定位環對軸套進行軸向定位

借鑒維修2#淡氨鹽水泵的經驗,加工定做一軸向定位環(如圖4所示),裝在φ60 mm的軸上,再將軸套裝入,使軸套內控臺階通過軸向定位環靠在軸肩上軸向定位,副葉輪、葉輪也相應確定軸向位置。讓軸套與軸承螺母接觸面互相脫離,消除了軸承螺母位移而對其他零件軸向位置產生的影響。

圖4 軸向定位環

軸向定位環性狀及各部尺寸的確定,則是通過分析并計算TB鈦泵總裝配尺寸及各零件的裝配尺寸所形成的封閉裝配尺寸鏈得到的。具體分析計算過程在此不做詳述。

3 改進方案的實施

用3#冷母液泵做改進試驗。

1)裝配軸承。將角接觸球軸承(7318BEP)組合成面對面排列裝配到軸上,保留原軸承內環調整墊,去掉外環調整墊,鎖緊軸承內環螺母。然后將泵軸組件裝入托架軸承孔內并裝配到位,再將單列短圓柱滾子軸承(2318)裝于驅動端,壓緊軸承壓蓋。調整軸承壓蓋紙墊片的厚度軸向預緊角接觸球軸承外環,調整技術要求:軸向竄動量為0.2～0.4 mm,葉輪安裝軸頸徑向跳動量為0.08 mm,盤軸轉動無卡滯現象。

2)裝配軸向定位環及泵軸上各組件。裝軸向定位環,軸套于軸上,依次安裝蓋板、副葉輪、隔板、葉輪等組件,擰緊葉輪螺母。注意在每個裝配環節不要漏掉“O”型密封圈。測量葉輪蓋板間隙為1.5 mm左右,盤動泵軸轉動無任何阻礙后,進行泵總裝配。

3)試車。總裝結束,檢查無異常后,加足潤滑油,安好防護罩,送電起動電機,空負荷狀態下運轉20 min,檢查軸承溫升不高于環境溫度35℃,運轉聲響、電機電流及其他各部位無任何異常現象。開啟工藝流程,投入生產。

4)改進后的3#泵連續運轉約2 000 h,即停機進行保養,適量調整軸承游隙,更換軸承箱內潤滑油,消除連續運轉因機械磨損所產生的軸承游隙變大的故障,使軸承處于良好的工作狀態。

4 改進后的效果

3#(P0403C)冷母液泵經改進后,到目前使用近9個月,運行狀況良好,僅按要求作了1次維護調整。通過比較,該泵運轉情況和使用周期明顯優于其它泵,出力最多,運轉平穩。設備效率明顯提高,維修周期明顯延長,大大減少了維修工作量,降低了設備維修成本。改進措施實施非常成功,改進方案簡單易行,操作方便,成本低廉,達到了預期的目的,并取得了非常好的經濟效益。因此我們準備將此改進方案對其它同類型泵進行推廣,以期獲得更高的經濟效益,更高的設備生產效率,為我廠的生產穩定運行提供可靠的保證。

TH 311

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1005-8370(2010)05—38—03

2010-05-07