轴承视界 离心泵必须经常在环境恶劣的运行条件下运行，导致极有可能发生过早损坏的现象——这势必会增加了成本损失和由于故障停机造成的生产力下降的风险。在提高泵的可靠性、减少维护工作量和降低能耗的压力下，寻找、确定和执行减轻风险等级的可行性解决方案就成为了当务之急。
评估泵的维护和维修方法（尤其注意轴承、润滑和密封的维护和维修方法）是获得更高级别的泵的可靠性和延长使用寿命的关键工具。选择正确的轴承、润滑油和密封系统，再辅以主动的工况监视方法，有助于延长泵的使用寿命，减小泵进行提前更换或改造的必要性。
选择轴承
离心泵中的轴承可以支撑施加在叶轮上的液压负荷、叶轮和泵轴的质量以及联轴节和驱动系统产生的负荷。轴承也能将泵轴的轴向和径向偏差保持在叶轮和轴封所容许的范围内。
多种条件有助于连续对很多离心泵中的轴承进行测试。在轴承试图将摩擦降到最低的同时，轴承经常承受着较高的轴向负荷、临界润滑、极高的运行温度和振动，如果这些因素不加以控制，就会产生功率损耗、热量过大、噪音和磨损，使轴承提前损坏。
所有这些影响因素会显著地影响轴承的使用寿命和可靠性，因而又会影响泵的使用寿命和可靠性。所以，首先需要在轴承预期的运行环境情况下评估轴承（类型、结构和布局）。
设计出很多相匹配的轴承，以满足离心泵所处的最严苛的工作条件。举例来说，包括各种形式的角接触滚珠轴承在内的推力型轴承（支撑泵中液压力产生的轴向负荷），就适合很多应用条件。
单列40°角接触滚珠轴承
这些轴承是如今正在使用的最流行的API泵推力轴承，一般用于中速离心泵。在这样的泵中，会产生很高的推力负荷。刚性铜罩变型设计适用于推力负荷变化大的应用条件，在运转和滚珠滑动期间，很可能会产生很大的推力负荷。一旦发生气蚀现象，这些轴承也能抵抗破坏性振动力。
轴承一般以背靠背的形式成对布局安装，以适应反向推力负荷，提供足够的泵轴支撑力，有助于延长机械密封的寿命。尤其应该注意内部间隙。当安装以后和在运行温度时，轴承应留有足够的剩余内部间隙，以便进行冷运行，但间隙不能过大，以促进惰性轴承的滑动。
双列角接触滚珠轴承
在ANSI标准离心泵和某些老式的API形式泵中，这些轴承（图1）被广泛用作主推力轴承。最有效的类型具有Conrad结构、ABEC-3精确公差、每列30°接触角、整体热处理压制钢罩和多种密封选项。由于轴承的接触角向外发散，轴承表现出了更大的刚性，提高了抗失调能力。在使用成对单列角面接触滚珠轴承时，运行条件规定，需要采用正常的或大于正常的（C3）内部径向间隙。
图1 ANSI标准泵一般依靠这种轴承来应付推力负荷。
结构变化越来越普遍。这方面的例子包括采用更陡的（40°）接触角，以提供更大的轴向负荷支承能力；在重载和润滑不足的情况下，机加工铜罩提供了可靠的性能，减小了轴向内部间隙，促进了两列滚珠之间的负载分配，降低了惰性滚珠组中发生滑动的可能性；ABEC-3（P6）公差也有助于轴承的安装条件和使轴承的运行变得平稳。
专用的角接触滚珠轴承组
对于具有最小推力的泵，成对的15°角接触轴承一般就足够了。但是，对于高推力负荷的情况，则应使用高性能的机加工40°和15°角接触滚珠轴承组，通过降低惰性轴承中滚珠滑动的敏感度，提供坚固性。这些设计的目的是，使离心泵不反转或只周期性地发生反转。这些轴承组的主要优点是：15°轴承的内部间隙比40°轴承的内部间隙小得多，使其不易受到离心力和滚珠滑动和回转力的影响，从而避免滚珠发生滑动和往复动作。同时，提供了额外的径向劲度，以保持泵轴和密封的完整性。
开口内环角接触滚珠轴承组
利用开口内环滚珠轴承或四点接触式滚珠轴承，匹配单列40°角接触滚珠轴承，设计这些轴承的目的是，调节两个方向上的推力负荷。这种布局一般用在立式泵中，以应付主要的推力负荷，但是，也可用于水平排列中，提供的支撑足以抵抗开口内环轴承无法支撑的自身径向负荷。由于两个轴承串联动作，分担了推力负荷，这种布局提供了极高的轴向负荷支承能力。反向推力负荷可以在开口内环轴承后部进行调节。这两个轴承组的动作就像“三重奏”一样，并具有附加的节省空间和成本的优点。
提供润滑
根据一些研究资料，不正确的润滑占了轴承故障的30％以上。因此，泵轴承的正确润滑是可靠运行的基本条件。优质的润滑油主要是在轴承的滚动元件、座圈和轴承罩之间提供一层分离的油膜，防止金属间的接触和不希望产生的摩擦，因为这会产生过量的热量，从而造成磨损、金属疲劳和潜在的轴承接触面的熔化。适量的轴承润滑也起到了抑制磨损和腐蚀的作用，有助于防止污染损坏。
最常用的泵轴承的有效润滑方法包括：
润滑脂
润滑脂便于涂抹，可以保留在轴承套内，提供额外的密封保护。根据旋转速度和工作温度，可能需要重新进行润滑，以解决润滑脂使用寿命过短的问题。
当运行条件允许使用“终身润滑”轴承时，就消除了需要重新润滑和执行相关维护任务的必要，提供了有吸引力的选择方案。
油槽
这一选择方案在轴承底部滚动元件的中心位置形成了一个油位，代表了各种润滑方法之中的轴承摩擦的比较基线。使用恒定油位加油器，就可以在一定时间内取得最佳的润滑效果。
给油环
在这种方法中，给油环从水平轴上悬吊到位于轴承下面的油槽中，泵轴旋转时，给油环将油槽中的润滑油甩到轴承上面。轴承下部的油量降低了轴承系统中的粘滞摩擦，提高了泵轴的转速，改进了冷却效果。
油雾和油气混合润滑
此处，润滑油被雾化，由气流携带到轴承上。在所有泵轴承润滑方法中，这种方法产生的摩擦量最小（允许根据轴承的结构确定旋转速度，而不是根据润滑的限制），可以在轴承套内产生一个正压（隔离侵入的污染物）。
不管采用何种润滑方法，必须根据垂直轴的要求指定润滑油，并采取措施能够承受固体、压力、温度、负荷变化和化学物质的侵入。在泵的安装位置难以接近时，可以集成全自动化的系统，以便能够及时、正确和有效地输送液体。
密封系统
离心泵中的轴承密封可以完成四项关键的任务：保持住润滑油或润滑液，挡住污染物，分离液体和把压力限制在一定范围内。根据固体污染物的尺寸、硬度和脆度，固体污染物既可在轴承面上产生刻痕，也会引起摩擦；水会影响润滑油的润滑效率；润滑油中的污染物会显著地降低轴承的寿命。当密封失效时，污染物就会渗入轴承区、进入润滑油中，最后进入到轴承中。此外，轴承中的润滑油流失，会导致干转运行，这最终会造成泵的故障。离心泵轴承密封的选择取决于独特的需求和应用运行条件。
但是，动态径向密封一般仍然是离心泵的最佳选择。这些密封在轴承面和相对运动部分（一部分通常静止，而另一部分则旋转）之间产生了一个屏障。典型情况下，径向泵轴密封结合了钢或弹性外壳。外壳被粘接到密封材料上，这样就可以使外壳镗孔中必要的密封干涉配合得以实现（以及方便了安装）。
弹性密封唇
通常紧贴着泵轴安装，提供了紧贴着泵轴的动态和静态密封，并提供了挤压、切割和研磨成形的密封缘。多数密封唇是用丁腈橡胶原料制成的。这种材料特别适用于处理燃料、工业流体，为此提供了高复合润滑油。
密封的选择必须在认真审查了应用参数和环境系数的基础上最终决定。尤其是在泵中使用的情况下。例如，密封会受到相对恒定的压差，使压力密封成为首选。
由于设计结构和严苛的运行条件的限制，密封通常比其所保护的部件的使用寿命短得多。所以，不要养成常见但不合时宜的习惯，即，仅根据其他部件的更换间隔确定更换密封的时间表，比如轴承，在刚一发现磨损或泄漏的迹象时，如果就更换密封，就可以防止很多轴承故障。
要想大概知道密封寿命的长短，应考虑密封受到的污染量、周期时间、转速和热量。当然，污染物并非密封提前出现老化的惟一原因。其他故障原因包括：
错误的选择；
错误的安装方法会导致泄漏；
更换润滑油引起的普通密封材料的反应。
要想防止这些问题的出现，应制定一个严格的密封检查和更换计划。
监视泵的健康状况
采用更主动的方法对泵进行维护，在延长正常运行时间方面，可以起到重要的作用。工况监视包括对关键的物理参数进行定期测量和分析，比如振动和温度，以便能够在发生意外故障停机、高昂的维修或更换成本以及生产力降低事故发生以前，检测出泵系统的故障。
基本的测量仪表可以对振动、温度和其他参数进行评估和报告。更先进的工具包括在线监视系统和软件，可以提供实时的数据检查。一旦有必要使用这些工具，就可以及时地采取补救措施。
振动测量
很多故障都与振动有关，振动是大家普遍认可的判断泵序列运行工况的最佳运行参数。通过振动可以检测出故障，比如不平衡、失调、轴承油膜不稳定、滚珠轴承老化、机械配合松弛、结构性谐振和机座软化。
振动测量可以迅速完成，而且，还不会造成任何外来物侵入设备内部。因为，在测量过程中，泵的设备壳体始终未被打开。此外，还应该建立工业标准，确定特种设备的振动等级。
与基准值相比较，如果“整体振动”明显升高了（在仪表的频率范围内，所有振动的总和），就表示出现了故障，这就需要在设备故障出现以前加以解决。
手持式振动监视工具采用了各种技术，比如低价的振动测试笔和整体振动仪到更为复杂的便携式数据采集器和相关的仪表，后者结构小巧，具有数据存储功能（图2），可以处理采集的数据。
图2 这种仪表提供了各种测试分析技巧以及数据记录功能。
温度变化
定期监视温度变化，也有助于理解系统的运行情况。温度是监视机械状况或施加在特定部件上的负荷的有用指标，比如推力轴承。例如，当推力轴承出现故障时，摩擦力会引起轴承的温升。热电偶传感器安装在轴承壳体上，可以测量轴承内部的温度变化或润滑油可以发出正在开始形成的故障的信号，可依据这些参数制定相应的维护措施。
工况监视技术工具箱包括在线监视系统。这些工具箱可以对泵进行24小时的监视，不管其安装位置如何。这样的技术可以连续收集数据或在永久安装的传感器预定频率下收集数据，并将其分析结果发送给主计算机，以便随后进行分析。
调动操作员的积极性
在问题逐渐变得严重以前，提前检测出设备的故障方面，可以起到工厂“耳目”的作用。操作员在主动维护战略和提高泵的正常运行时间方面，可以发挥关键的作用。
图3 操作员可以在检测正在形成的故障方面起到工厂的“耳目”的作用。
在操作员激励可靠性（ODR）政策下，操作员可以执行以上基本的维护活动和超越他们的基本职责（图3）。ODR将操作员包括在了维护活动中，让他们以检查泄漏、倾听噪声、监测温度、润滑和振动的方式，观察和记录泵的整体健康状况，并负责确定一切异常的设备状况，而且，在某些情况下，以适当的补救行动做出回应。操作员可以监视：
轴承：检测轴承外环、内环、滚动元件和轴承罩中的故障，也可以发现泵系统中别处存在的潜在故障。
润滑：在泵轴承内部，确定润滑过度或不足都有助于制定出更有效的润滑方案。
泵轴：检查泵轴可以发现不平衡、失调、弯曲、摩擦、过大推力和松弛等故障。
密封完整性：观察有无泄漏和检查润滑油的清洁度，可以显示泵密封的密封状况。
泵座：检查泵座和机座，可以提前发现松弛或受到腐蚀的五金件、损坏的水泥、底板直度和泵壳软支脚及弹簧支脚状态的异常情况。
泵叶片通路：查找异常情况很重要，比如，检查是否有磨损、叶片/泵叶故障和泵轴配合松弛以及由于工艺内部的外来碎片产生的污物和阻塞现象。
叶轮间隙：正确的设定是取得优化性能的关键，也是泵的叶轮和磨损环是否有异常情况的指标。
气蚀和流动紊流：这样的故障长期下去，会影响性能和泵的整体健康状况。
温度：温度监测应包括监视几个方面的温度，其中包括轴承、润滑、润滑油槽和泵壳的温度。
工艺参数：泵轴转速、扬程压力、出口压力、真空、吸入、流量、水箱液位、阀门位置和产品的一致性都需要予以关注。
联轴节操作员的监督和使用正确的泵轴承、润滑和密封进行有效的主动维护，都有助于平稳流动运行、提高性能和延长使用寿命，以及最终获得优化的正常运行时间。
最新评论