李玉紅 安智偉

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

為了盡快適應(yīng)以節(jié)能為中心的設(shè)備的更新?lián)Q代，該文以中石化上海高橋分公司1#蒸餾裝置用常底泵改造項目為依托，對API 610標(biāo)準(zhǔn)中BB2結(jié)構(gòu)的石油化工流程泵進(jìn)行改造。雖然改造后性能需滿足用戶需求，但運(yùn)行穩(wěn)定才是用戶關(guān)心之根本，軸承體結(jié)構(gòu)設(shè)計是保證產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行最重要的環(huán)節(jié)之一，也是保證運(yùn)行穩(wěn)定的重要因素，為泵穩(wěn)定運(yùn)行提供了基本保障。目前泵用軸承體的結(jié)構(gòu)多而復(fù)雜，其產(chǎn)品也較紛雜，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一性要求，該文改變老式的軸承體結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了合理化設(shè)計，從而減少了工藝、加工維修等一系列的成本，它所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展壯大，API 610標(biāo)準(zhǔn)基本上得到了相關(guān)企業(yè)的認(rèn)真執(zhí)行和實施。把握新型標(biāo)準(zhǔn)化工作的內(nèi)涵、建設(shè)，提升標(biāo)準(zhǔn)化的研制質(zhì)量是我們發(fā)展的目標(biāo)，不斷優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、提高產(chǎn)品和服務(wù)質(zhì)量是我們發(fā)展的根本。該文旨在通過該軸承體標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，促進(jìn)泵領(lǐng)域技術(shù)水平提升和行業(yè)健康有序的發(fā)展。

1 泵技術(shù)方案

1.1 改善泵軸承體的整體設(shè)計

原泵軸承體結(jié)構(gòu)和托架是分體的，軸承體以螺釘緊擰在托架上，并配合止口定位，靠聯(lián)軸器端裝一套徑向軸承，另一端裝兩套背對背的推力球軸承。該文的改造為將軸承體與托架鑄造成一體，采用整圈法蘭結(jié)構(gòu)，取消止口定位，減少加工工序，增加了軸承體的剛性，有效減小泵組振動及受力（圖1），軸承采用整圈結(jié)構(gòu)，有效減小了泵組振動及受力。

圖1 軸承體結(jié)構(gòu)對比

該軸承體的設(shè)計可保證軸承產(chǎn)生的熱量能及時擴(kuò)散。軸承設(shè)計完全符合API 610標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。軸承處密封腔尺寸的設(shè)計符合API 682的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計規(guī)范。根據(jù)API 682規(guī)定，泵常用的沖洗方案有PLAN11、PLAN21、PLAN32等，現(xiàn)統(tǒng)一對應(yīng)密封腔接口、法蘭、配管等管路配制，舉例如圖2所示。

圖2 PLAN11密封沖洗方案流程圖

該設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)了軸承體結(jié)構(gòu)，對不同軸徑、密封腔體有相同的安裝尺寸、易損件、軸承體通用化的設(shè)計，實現(xiàn)了產(chǎn)品的模塊化設(shè)計和生產(chǎn)。

1.2 改變軸封結(jié)構(gòu)

在軸穿過軸承室處采用可更換的軸承隔離器進(jìn)行密封，有效地把油保持在軸承室中，并防止雜物進(jìn)入軸承室。隔離器是軸承保護(hù)產(chǎn)品，它可在普通迷宮式軸承密封的基礎(chǔ)上融合動態(tài)密封理論，在軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中動態(tài)地平衡腔體內(nèi)外壓力，同時兼顧空間隔離，防止?jié)櫥偷男孤逗屯饨缥廴疚镞M(jìn)入軸承體內(nèi)部。它的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，動環(huán)是用O型圈與軸抱緊，它隨軸旋轉(zhuǎn)，O型圈不產(chǎn)生軸向位移，所以僅為靜密封點(diǎn)，工作高效且運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。靜環(huán)部分靠定位臺階安裝在軸承腔體上，外徑處有O型圈與腔體進(jìn)行密封。該文在靜環(huán)上特別設(shè)計了潤滑油捕捉溝，在相應(yīng)位置設(shè)計有潤滑油的返回通道，并根據(jù)在動環(huán)泵效作用下潤滑油在軸承兩側(cè)循環(huán)流動的原理，選擇了合理標(biāo)準(zhǔn)的軸封結(jié)構(gòu)。軸承失效主要是由潤滑不當(dāng)和過度磨損兩大原因造成的。而當(dāng)今的工業(yè)生產(chǎn)對旋轉(zhuǎn)設(shè)備的長周期運(yùn)行提出了更高的要求，針對石化行業(yè)的不同系列泵的軸承腔和使用工況，選擇高可靠性的軸封結(jié)構(gòu)，有效延長軸承壽命、減小磨損、避免非正常停機(jī)是至關(guān)重要的。

圖3 軸封結(jié)構(gòu)

1.3 選擇標(biāo)準(zhǔn)軸承

計算軸承承受的最大軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷，根據(jù)軸承計算結(jié)果及結(jié)構(gòu)選用適合的軸徑及軸承型號，并進(jìn)行相關(guān)計算，計算包括軸承額定壽命、最小負(fù)荷、修正參考轉(zhuǎn)速、配合與公差、當(dāng)量動態(tài)負(fù)荷、摩擦及功率損耗、油脂壽命與補(bǔ)充潤滑周期、靜態(tài)安全系數(shù)、軸承固有頻率、黏度等。可按計算結(jié)果選擇標(biāo)準(zhǔn)的軸承（此項工作可通過SKF網(wǎng)站完成）。

①選型需要提供的技術(shù)指標(biāo)。軸承選型過程需要提供性能要求和工作條件，這是所需性能、運(yùn)行工況及其假設(shè)、任何其他應(yīng)用場合的前提條件。一種應(yīng)用可對軸承解決方案設(shè)定不同的要求，常見因素包括軸承壽命、速度能力和承受施加加速水平的能力、軸的徑向和軸向位置的精度、產(chǎn)生的噪聲和振動級數(shù)以及應(yīng)對低溫、高溫或溫升的能力。

這些性能因素相當(dāng)重要，可能會影響軸承選型和應(yīng)用分析過程中完成步驟的路徑性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)盡可能詳細(xì)地評估工作條件。改同時需要確定軸承載荷、轉(zhuǎn)速、溫度、潤滑劑及潤滑劑清潔度等因素，為軸承的最終選擇提供技術(shù)保障。

為了優(yōu)化設(shè)計，需要依次完成軸承選擇流程中的各個步驟，例如：可用的徑向或軸向空間、由軸的強(qiáng)度要求而確定的軸徑、根據(jù)應(yīng)用中其他部件確定的潤滑劑選擇。

②軸承定位。非驅(qū)動側(cè)滾子軸承的定位要按軸承標(biāo)準(zhǔn)尺寸設(shè)計，并適當(dāng)調(diào)整，防止發(fā)生內(nèi)外圈不對的情況，導(dǎo)致軸承失效。需要強(qiáng)調(diào)的是軸承允許的軸向位移應(yīng)小于產(chǎn)品給出的允許值。驅(qū)動側(cè)的對角接觸球軸承（推薦背靠背安裝）在裝配后，其外圈與軸承壓蓋的軸向間隙可按照軸承計算推薦給定，并按照軸徑形成軸承標(biāo)準(zhǔn)化系列，為標(biāo)準(zhǔn)化工作的推進(jìn)提供了基礎(chǔ)保障。

1.4 改變軸承潤滑方式及油霧潤滑接口標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

原有軸承潤滑方式采用甩油環(huán)潤滑，但隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和石油化工領(lǐng)域的飛躍，軸承潤滑方式改為油霧潤滑。油霧潤滑是一種節(jié)約成本、清潔環(huán)保、安全可靠的集中潤滑系統(tǒng)，并越來越被業(yè)內(nèi)接受。

如果采用油霧潤滑，軸承體的原結(jié)構(gòu)方式無法滿足要求，需要做大量的結(jié)構(gòu)性更改，現(xiàn)該文通過這個產(chǎn)品改造的契機(jī)，將軸承體甩油環(huán)處進(jìn)行改造，既滿足用戶甩油環(huán)的潤滑方式，也滿足用戶油霧的潤滑方式。按照API 610標(biāo)準(zhǔn)的要求，該文在軸承箱規(guī)定的位置處做出了便于手持式振動傳感器測量的小凹槽，以此為油霧潤滑接口，并統(tǒng)一接口尺寸，為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計保駕護(hù)航。

1.5 防止碳污染

軸承主要零件材料需要進(jìn)行選擇，軸承體、軸承壓蓋、冷卻水套、底部法蘭蓋都要統(tǒng)一材料，對泵體泵蓋為奧氏體不銹鋼制造的泵，由于軸承體為碳鋼制造，為防止碳污染的發(fā)生，我們在與泵蓋直接接觸連接的軸承法蘭面上堆焊奧氏體不銹鋼，堆焊層厚度不小于3mm，可參考標(biāo)準(zhǔn)JB/T 6880.2—2008《泵用鑄鋼件》，建議主要零部件材料的選擇見表1。

表1 主要零部件材料

1.6 標(biāo)準(zhǔn)件的選用

軸承體部件承壓邊界緊固件的材料按國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)選用。

O型密封圈的選用：與潤滑油、潤滑脂接觸的O型圈推薦選擇丁腈橡膠，與水接觸的O型圈選用三元乙丙橡膠，O型圈的采購要明確O型圈材質(zhì)輻照要求。

1.7 軸承部件中承壓件設(shè)計原則

軸承體的設(shè)計壓力按冷卻水的最高壓力進(jìn)行選擇，冷卻水腔的盲板、冷卻水回路的壓力等級按照設(shè)計壓力進(jìn)行設(shè)計計算及校核。

軸承體部件中承壓件水壓試驗壓力的要求如公式（1）所示。

式中：P-設(shè)計壓力；-取1.43與1.25×Sm.THE/Sm.TS之大者。Sm是RCC-M-2007附錄ZI的材料許用應(yīng)力，THE是試驗溫度，TS是設(shè)備最高工作溫度。

水壓試驗應(yīng)保壓至少30min，水壓試驗期間不允許壓降、冒汗、滲漏。

1.8 稀油自潤滑油標(biāo)、恒位油杯接口的設(shè)計原則

應(yīng)采用視線清晰的油標(biāo)，安裝方式為可密封的螺紋連接，油位中線的位置設(shè)計在軸承外圈的1/2處，見公式（2）。

=（+）/4 （2）式中：-軸承安裝直徑（mm）；-軸承外圈內(nèi)徑（mm）；-油標(biāo)中心線與軸心距離（mm）。

油杯的接口設(shè)計：選用可密封的螺紋連接。

油杯的接口位置設(shè)計原則：使油位高度維持在油位中線處。

油杯的容量：可根據(jù)具體的耗油量選擇大容量油杯，需要時可單獨(dú)簽訂技術(shù)協(xié)議。了解油杯的工作原理、接口、剖面圖，以免出現(xiàn)油杯不可用、不能滿足使用要求的情況。

濺油環(huán)的設(shè)計：濺油環(huán)的作用是將油池中的油濺起到軸承上以達(dá)到潤滑軸承的目的，濺油環(huán)直徑Dc應(yīng)小于軸承外圈定位臺階直徑Da、Db以便安裝。

1.9 完善軸承冷卻方式

軸承體的設(shè)計應(yīng)考慮充分的冷卻，采用扇熱片與水冷腔共同散熱的結(jié)構(gòu)型式，以保持泵的油和軸承的溫度在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下滿足工況的要求。

采用水冷腔的軸承結(jié)構(gòu)型式，接口尺寸按標(biāo)準(zhǔn)化要求統(tǒng)計，根據(jù)介質(zhì)溫度一般采用NPT 1”、NPT 3/4”、NPT 1/2”等接口尺寸，為標(biāo)準(zhǔn)化的工作提供基礎(chǔ)保障。 1.10按標(biāo)準(zhǔn)化的要求完善軸承結(jié)構(gòu)按標(biāo)準(zhǔn)化的要求完善軸承結(jié)構(gòu)，保證機(jī)械密封沖洗方案、測溫接口、測振接口尺寸的應(yīng)用。因機(jī)械密封沖洗方案種類特別多，所以應(yīng)考慮最復(fù)雜情況下的空間余量。密封處軸徑的確定、沖洗管路的走向及大小應(yīng)滿足中石化的要求，并形成統(tǒng)一性，標(biāo)準(zhǔn)性、互換性，為標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用提供技術(shù)上的保障。

推薦測溫接口統(tǒng)一按M18×1.5進(jìn)行設(shè)計，測溫探頭可直接對軸承外圈進(jìn)行溫度測量。

推薦進(jìn)行軸承體振動的測量，測振接口按M10×1進(jìn)行設(shè)計。兩個振動探頭位置分別位于軸承中心線上，水平和垂直各留一接口?？紤]測振探頭的安裝，其回轉(zhuǎn)直徑按Φ40進(jìn)行設(shè)計。

2 方案分析及結(jié)果

軸承部件的設(shè)計完全符合API 610標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和中石化物資采購技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。新的軸承部件結(jié)構(gòu)型式形成三個軸徑的系列并制定新的標(biāo)準(zhǔn)代號，部件中零件的通用性高、標(biāo)準(zhǔn)零件比例高達(dá)92%以上，有效地提高了零部件的通用性及標(biāo)準(zhǔn)化，降低了采購成本，縮短了交貨周期，增加了市場競爭力。為提高產(chǎn)品通用性，軸承體上預(yù)留了測溫的現(xiàn)場顯示及遠(yuǎn)傳鉑電阻接口，以滿足每個項目的不同需求，標(biāo)準(zhǔn)軸承體如圖4所示。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)軸承體

該產(chǎn)品（部件）的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計和生產(chǎn)將對提高工裝利用率、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本創(chuàng)造了先決條件，從而為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。此類型石化泵一年生產(chǎn)約20-30臺，預(yù)計可節(jié)約20-30萬元。

3 結(jié)語

該文設(shè)計的泵結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于煉油、化工、電廠、油田、煤化工等，典型用于低壓、中壓鍋爐給水泵、小功率多級離心泵及單兩級離心油泵，有較好的市場潛力，特別是針對化工行業(yè)單兩級離心泵，質(zhì)量可靠、檢修方便的產(chǎn)品（零部件）具有較高的競爭力。 該項目具備國內(nèi)外同類產(chǎn)品領(lǐng)先水平。該軸承部件系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計提高了市場競爭力，當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革深入發(fā)展，國際力量對比深刻調(diào)整。標(biāo)準(zhǔn)化在推動全球科技創(chuàng)新、重塑國際經(jīng)濟(jì)秩序中發(fā)揮越來越重要的作用。標(biāo)準(zhǔn)在助推我國高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)型過程中的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性和引領(lǐng)性作用日益凸顯，為今后我公司在其他項目上的技術(shù)創(chuàng)新提供了新的思路。