高压往复式柱塞泵十字头体润滑缺陷分析及改造

冯锐贤

(安徽昊源化工集团有限公司, 安徽阜阳 236000)

高压往复式柱塞泵属于容积式泵,连杆、十字头带动柱塞将曲轴的旋转运动变成往复直线运动,柱塞泵动力端将电动机的机械能直接转化为输送介质的压力能,广泛用于化工制造和工业清洗等行业。高压往复式柱塞泵在往复工作时,有较高的转速和液力端压力,曲轴曲拐颈与主轴瓦、十字头销与连杆衬套、十字头体与曲轴箱滑道壁面等在很小的间隙下做高速、高负荷相对运动;为了减少因摩擦而造成的零部件损坏,需要通过润滑系统将足量且具有适当压力的润滑油输送到各个运动的摩擦表面,并在摩擦表面之间形成润滑油膜,使设备能够长周期安全连续运行[1-2]。

1 高压往复式柱塞泵润滑缺陷描述及后果

目前,安徽昊源化工集团有限公司尿素生产用高压往复式三容积柱塞泵(液氨泵)型号为3YA-33/18.5。该往复式柱塞泵的吸入阀和排出阀都是单向阀[3]。当柱塞向前运动时,压缩泵头内的介质使泵体容积减小、压力升高,此时吸入阀关闭,排出阀的阀芯被高压介质推开,高压介质沿着排出阀阀芯密封面和阀座上密封面直接形成流道输送,其压力必须克服排出阀阀体上部的压力形成的作用力,才能将需要输送的介质排出;当柱塞向后运动时,泵头内的压力下降,排出阀关闭,吸入阀阀芯克服外部进液管线压力和泵头内的压差作用向上移动,使介质吸入泵头。

尿素化工生产用高压往复式柱塞泵十字头体与滑道、主轴瓦与曲拐颈、衬套与十字头销装配方式为间隙配合,润滑方式为压力润滑[4]。如果润滑方式不妥当、受力元件固定方式不对,不仅会使设备不能长周期安全稳定运行,而且还会增加操作人员的劳动量。频繁倒泵会造成生产工艺波动,严重影响产品质量。

尿素生产装置现使用的高压往复式柱塞泵在前期设计中有不足之处,其连接结构是相对移动的十字头销与十字头销孔,由于该泵进口有压力,使十字头销与十字头销孔始终贴合,润滑油无法进入,导致十字头销和十字头销孔发生磨损,十字头销孔被磨成椭圆形,十字头销表面也受到磨损。该部分的磨损引起的不正常运行,导致连杆小头铜套也磨损,磨削杂物污染润滑油,从而使润滑油变黑。设备在后期运行中不稳定、润滑油压差波动大、衬套偏磨损坏、十字头体下部磨损、固定十字头销定位处异常磨损、曲轴运行中有异音产生,这些缺陷增加了检维修次数及维修人员的劳动强度,后期通过检修现场实物检查、分析、论证和与有关生产厂家专业人士沟通后,重新设计、改造十字头体与衬套的固定方式,以及衬套与十字头销的连接形式,有效地解决了因润滑不足而造成的一系列问题。

2 改造方案

2.1 结构特点

改造后十字头体上下巴氏合金部分与曲轴箱滑道接触处增加2道集油槽以增加十字头体上下部分的润滑油聚集,减少摩擦与磨损;十字头体径向中心与十字头销中心油孔对应处上下各增设3个出油孔,衬套内孔中心轴向增设宽8 mm、深4 mm的集油槽,保证衬套内部润滑油充足,十字头体油孔与十字头销油孔定位利用十字头体一端开设键槽、十字头销一端增设平键突出与键槽相对应定位,防止十字头销在运行中转动,不能与衬套出油孔相吻合;将十字头销中心径向上的注油孔直径由原来的2 mm加大至4 mm,增大注油量,从而保证十字头销在曲轴旋转过程中与衬套接触处充分、均匀地分布润滑油,更加有效地形成油膜,减少摩擦和磨损。十字头销两端使用内六角螺丝封堵防止润滑油外泄。十字头体固定,十字头销一端设有固定台阶,另一端设有内卡簧定位十字头销,以防止其外窜。

2.2 增设注油泵、双筒网片式过滤器

增设1台CB-B25齿轮油泵、1台功率为2.2 kW的四级电机、1套SPL-40双筒网片式过滤器。因十字头体的上下巴氏合金涂层部分与曲轴箱滑道为间隙配合,为了增加十字头体巴氏合金涂层部分润滑充足,在曲轴箱滑道上方外部增设注油孔增加注油量。

首先,在十字头体中部对应曲轴箱滑道上方钻直径为11 mm的通孔,然后采用M12的丝锥进行攻丝,再用不锈钢丝头连接耐压金属软管进行引出;其次,采用一主管三分管的焊接方式与耐压金属软管连接引出,再连接到双筒网片式过滤器出口法兰处。齿轮注油泵进口采用焊接方式自曲轴箱体放油丝堵处引出到注油泵进口管上,注油泵出口润滑油带压进入双筒网片式过滤器进口法兰、通过双筒网片式过滤器精密过滤后带压送至3个十字头体润滑点。经过压力润滑的方式保证曲轴箱体滑道与十字头体上部有足够的润滑油存在,形成油膜以减少摩擦与磨损,并保证在曲轴的旋转运行时使十字头体下部有充足的润滑油润滑,从而保证了设备的长周期安全连续运行。

3 改造效果

通过改进动力端运转部件的固定模式和增设齿轮注油泵、双筒网片式过滤器装置使设备运行平稳、噪声小、润滑油系统稳定、压力无波动。在满足生产工艺要求情况下连续运转72 h后拆开检查发现三容积缸的曲轴箱滑道与十字头体上下接触面集油槽正常无磨损、十字头销与衬套配合间隙无增加、衬套内壁光滑无拉毛偏磨、连杆轴瓦无磨损,各运转部件运行良好,达到了改造目的。

4 结语

针对高压往复式三容积柱塞泵原十字头体与十字头销固定模式的不足之处、衬套异常磨损问题,通过改造动力端运转部件的固定模式和增设注油泵、双筒网片式过滤器装置,使十字头体、衬套的使用寿命由原来的3个月延长至现在连续运行的18个月,降低了生产成本、减少了维修人员的劳动强度、大大提高了设备的长周期安全稳定运行周期,为尿素生产系统的稳定提供了强有力的保障。