高壓往復式柱塞泵十字頭體潤滑缺陷分析及改造

馮銳賢

(安徽昊源化工集團有限公司, 安徽阜陽 236000)

高壓往復式柱塞泵屬于容積式泵,連桿、十字頭帶動柱塞將曲軸的旋轉運動變成往復直線運動,柱塞泵動力端將電動機的機械能直接轉化為輸送介質的壓力能,廣泛用于化工制造和工業清洗等行業。高壓往復式柱塞泵在往復工作時,有較高的轉速和液力端壓力,曲軸曲拐頸與主軸瓦、十字頭銷與連桿襯套、十字頭體與曲軸箱滑道壁面等在很小的間隙下做高速、高負荷相對運動;為了減少因摩擦而造成的零部件損壞,需要通過潤滑系統將足量且具有適當壓力的潤滑油輸送到各個運動的摩擦表面,并在摩擦表面之間形成潤滑油膜,使設備能夠長周期安全連續運行[1-2]。

1 高壓往復式柱塞泵潤滑缺陷描述及后果

目前,安徽昊源化工集團有限公司尿素生產用高壓往復式三容積柱塞泵(液氨泵)型號為3YA-33/18.5。該往復式柱塞泵的吸入閥和排出閥都是單向閥[3]。當柱塞向前運動時,壓縮泵頭內的介質使泵體容積減小、壓力升高,此時吸入閥關閉,排出閥的閥芯被高壓介質推開,高壓介質沿著排出閥閥芯密封面和閥座上密封面直接形成流道輸送,其壓力必須克服排出閥閥體上部的壓力形成的作用力,才能將需要輸送的介質排出;當柱塞向后運動時,泵頭內的壓力下降,排出閥關閉,吸入閥閥芯克服外部進液管線壓力和泵頭內的壓差作用向上移動,使介質吸入泵頭。

尿素化工生產用高壓往復式柱塞泵十字頭體與滑道、主軸瓦與曲拐頸、襯套與十字頭銷裝配方式為間隙配合,潤滑方式為壓力潤滑[4]。如果潤滑方式不妥當、受力元件固定方式不對,不僅會使設備不能長周期安全穩定運行,而且還會增加操作人員的勞動量。頻繁倒泵會造成生產工藝波動,嚴重影響產品質量。

尿素生產裝置現使用的高壓往復式柱塞泵在前期設計中有不足之處,其連接結構是相對移動的十字頭銷與十字頭銷孔,由于該泵進口有壓力,使十字頭銷與十字頭銷孔始終貼合,潤滑油無法進入,導致十字頭銷和十字頭銷孔發生磨損,十字頭銷孔被磨成橢圓形,十字頭銷表面也受到磨損。該部分的磨損引起的不正常運行,導致連桿小頭銅套也磨損,磨削雜物污染潤滑油,從而使潤滑油變黑。設備在后期運行中不穩定、潤滑油壓差波動大、襯套偏磨損壞、十字頭體下部磨損、固定十字頭銷定位處異常磨損、曲軸運行中有異音產生,這些缺陷增加了檢維修次數及維修人員的勞動強度,后期通過檢修現場實物檢查、分析、論證和與有關生產廠家專業人士溝通后,重新設計、改造十字頭體與襯套的固定方式,以及襯套與十字頭銷的連接形式,有效地解決了因潤滑不足而造成的一系列問題。

2 改造方案

2.1 結構特點

改造后十字頭體上下巴氏合金部分與曲軸箱滑道接觸處增加2道集油槽以增加十字頭體上下部分的潤滑油聚集,減少摩擦與磨損;十字頭體徑向中心與十字頭銷中心油孔對應處上下各增設3個出油孔,襯套內孔中心軸向增設寬8 mm、深4 mm的集油槽,保證襯套內部潤滑油充足,十字頭體油孔與十字頭銷油孔定位利用十字頭體一端開設鍵槽、十字頭銷一端增設平鍵突出與鍵槽相對應定位,防止十字頭銷在運行中轉動,不能與襯套出油孔相吻合;將十字頭銷中心徑向上的注油孔直徑由原來的2 mm加大至4 mm,增大注油量,從而保證十字頭銷在曲軸旋轉過程中與襯套接觸處充分、均勻地分布潤滑油,更加有效地形成油膜,減少摩擦和磨損。十字頭銷兩端使用內六角螺絲封堵防止潤滑油外泄。十字頭體固定,十字頭銷一端設有固定臺階,另一端設有內卡簧定位十字頭銷,以防止其外竄。

2.2 增設注油泵、雙筒網片式過濾器

增設1臺CB-B25齒輪油泵、1臺功率為2.2 kW的四級電機、1套SPL-40雙筒網片式過濾器。因十字頭體的上下巴氏合金涂層部分與曲軸箱滑道為間隙配合,為了增加十字頭體巴氏合金涂層部分潤滑充足,在曲軸箱滑道上方外部增設注油孔增加注油量。

首先,在十字頭體中部對應曲軸箱滑道上方鉆直徑為11 mm的通孔,然后采用M12的絲錐進行攻絲,再用不銹鋼絲頭連接耐壓金屬軟管進行引出;其次,采用一主管三分管的焊接方式與耐壓金屬軟管連接引出,再連接到雙筒網片式過濾器出口法蘭處。齒輪注油泵進口采用焊接方式自曲軸箱體放油絲堵處引出到注油泵進口管上,注油泵出口潤滑油帶壓進入雙筒網片式過濾器進口法蘭、通過雙筒網片式過濾器精密過濾后帶壓送至3個十字頭體潤滑點。經過壓力潤滑的方式保證曲軸箱體滑道與十字頭體上部有足夠的潤滑油存在,形成油膜以減少摩擦與磨損,并保證在曲軸的旋轉運行時使十字頭體下部有充足的潤滑油潤滑,從而保證了設備的長周期安全連續運行。

3 改造效果

通過改進動力端運轉部件的固定模式和增設齒輪注油泵、雙筒網片式過濾器裝置使設備運行平穩、噪聲小、潤滑油系統穩定、壓力無波動。在滿足生產工藝要求情況下連續運轉72 h后拆開檢查發現三容積缸的曲軸箱滑道與十字頭體上下接觸面集油槽正常無磨損、十字頭銷與襯套配合間隙無增加、襯套內壁光滑無拉毛偏磨、連桿軸瓦無磨損,各運轉部件運行良好,達到了改造目的。

4 結語

針對高壓往復式三容積柱塞泵原十字頭體與十字頭銷固定模式的不足之處、襯套異常磨損問題,通過改造動力端運轉部件的固定模式和增設注油泵、雙筒網片式過濾器裝置,使十字頭體、襯套的使用壽命由原來的3個月延長至現在連續運行的18個月,降低了生產成本、減少了維修人員的勞動強度、大大提高了設備的長周期安全穩定運行周期,為尿素生產系統的穩定提供了強有力的保障。