TB型钛泵的维修改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)山东海化集团股份公司 作者:丁秀明

  着重介绍了TB型钛泵在维修过程中出现的故障以及无法排除的缺陷,并作了原因分析,通过试验,在不改变原设计的基础上进行了简单、实用、可行的改进。

  TB钛泵属于单级悬臂式离心泵,该泵与液体接触过流部件均采用钛及钛合金制成,因此具有良好的耐腐蚀性能和较强地耐冲刷性能;整体质量轻、运转电流小、节能效果好;轴密封采用开车时副叶轮密封机构和停车时填料密封机构相结合,泄漏率低,填料与轴套使用寿命长,维修保养方便等特点。非常适合纯碱生产,主要用来输送冷热氨盐水、冷热母液、中和水、淡氨盐水及其它腐蚀性介质。

  我单位拥有8TB-9(A)等同类型号的钛泵约46台,目前因扩建正陆续追加。原有的钛泵均在使用约4个月后陆续产生轴承磨损、轴窜、径跳、振动、噪声大等故障,根据设备生产厂家提供的技术资料和设备维护保养说明,只要对轴承进行适当的轴向预紧,调整轴承游隙即可恢复正常,但是在进行实际操作时,却发现必须将泵解体方能实施,其工作量较大,故解体后,为保证维修质量,干脆将轴承更换为新件,维护费用较高。在投入使用不到3个月就开始出现故障苗头,给生产带来极大的影响,增加了维修工作量,也加大了设备维修成本。为从根本上彻底解决轴承故障初期不能调整维护的问题,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)查阅了大量相关技术资料,并结合对该类型泵多次拆解维修积累的一些经验,详细了解了该类泵的设计结构和各零部件之间的装配关系,认真地分析了轴承故障初期不能进行调整维护保养的原因,找到了症结之所在,并在不改变原设计的基础上制定了一套适合维护、保养方便,简单、可行的改进措施。经对3#(P0403C)冷母液泵实施改进后,使用效果明显改善,改进取得重大成功。

1、TB钛泵出现故障初期无法排除的原因分析

  1.1、TB钛泵角接触球轴承故障原因分析

  图1为8TB-9(A)型钛泵总装配示意图,该泵传动轴采用2套角接触球轴承(7318BEP)反向成对组合使用与另一套单列短圆柱滚子轴承(2318)单独使用,分2点支承泵轴组成刚性支承转子。2套角接触球轴承成背对背排列方式安装在轴中部轴颈上,作为主要支承,以共同承受双向轴向力,单列短圆柱滚子轴承则作为浮动轴承安装于驱动端轴颈上,以缓解轴因受热而引起的轴向伸缩。

8TB-9(A)型钛泵总装配示意图

1泵体 2叶轮 3叶轮螺母 4泵盖 5副叶轮 6轴套 7密封箱 8冷却水管 9轴承压盖 10托架 11泵轴 12标牌 13联轴器

图1 8TB-9(A)型钛泵总装配示意图

  成背对背排列安装的角接触球轴承(如图2)在出厂前就已经进行轴向预加载荷检测,精确设计、测算出角接触球轴承内、外环调整垫圈的厚度,采用轴向预紧的方法来达到调整甚至消除轴承游隙的目的。然而这种调整预紧结构,在使用过程中其相对位置是不会发生变化的,故该结构称为定位预紧。角接触球轴承成背对背排列施行定位预紧后,经精心调试装配基本上消除了轴承游隙,达到了设计要求和预期的运转精度。但是设备在用户手中正常使用运转一段时间后(厂家要求连续运转2000h),其轴承必然因正常机械磨损而导致轴承游隙变大,产生初期机械磨损故障,此时就应该停机进行维修保养、调整轴承游隙,以检查并消除长期运转过程中所造成的机械磨损而影响正常运行的缺陷。为此就必须将泵解体,取下角接触球轴承放置于1级平板上,用专用测量工装,施加规定的预加静载荷测出轴承内、外环轴向相对位移量(即高度之差),重新测定计算轴承内外环调整垫厚度。通过轴向预紧来消除轴承游隙。而作为用户来讲,根本就不具备这样的技术条件,也不会配备这些技术装备来进行这些工作,况且时间也不允许。鉴于种种困难和客观原因,无奈地放弃了这项工作,只有待轴承彻底损坏报废后进行维修更换。久而久之恶性循环,造成轴承故障率高、寿命短,维修工作量大,成本高,费时费力,给生产带来严重影响。由此我们得出结论:该泵在设计角接触球轴承组合排列方式上选得不理想,不适合用户的实际操作需要。故选择一种切合实际需要的组合安装方式就显得十分必要。

背对背排列安装的角接触球轴承

图2 背对背排列安装的角接触球轴承

  1.2、TB钛泵轴上零件装配轴向定位精度差

  从该泵的装配图(见图1)可看出,泵轴上安装有轴套6、副叶轮5、叶轮2等零件,它们皆由叶轮螺母拧紧后紧靠在轴承的内环压紧螺母的端面上,其皆把轴承内环螺母端面作为轴肩以实现轴向定位,这种设计结构中内环螺母的轴向位置本身就不确定,它会受到角接触球轴承宽度制造误差、轴承内环调整垫的厚度误差等因素的影响,使轴承螺母的旋入深度产生变化导致其轴向位置难以确定。而以它为定位基准的轴套6、副叶轮5、叶轮2等零件的轴向定位精度也就无法确定。这在实际工作中曾遇到过,以下事例就足以说明问题。

  有一次,我们在维修2#(P0402B)淡氨盐水泵,更换轴承装复后,出现泵轴卡滞,盘车不动的故障,经过认真检查分析,发现所更换的角接触球轴承(7318BEP)系进口件(澳大利亚制造),该轴承宽度比原国产轴承窄0.5mm,2只组合使用累计误差达1mm,轴承内环调整垫厚度未变,这样轴承螺母就比原先位置多旋进1mm,紧靠在螺母后的轴套6、副叶轮5、叶轮2则同向位移1mm,导致副叶轮5与后盖板、叶轮与隔板间隙过小而相互碰触,致使泵轴卡滞,盘不动,造成返工。最后在副叶轮与轴套接触面间加一厚度1.5mm的钢垫才解决了问题。

  因此,我们通过分析认为该泵存在设计不周之缺陷,为方便以后维修保养,很有必要对此缺陷进行改造,以消除轴承制造误差对其他零件轴向定位的影响。

2、改进方案的制定

  通过以上分析,找到了原因,并大量查阅了相关资料,认真剖析设备构造和装配关系,结合以往的维修经验,积极同技术人员、维修工人展开广泛的讨论、研究,在不改变原设计结构的基础上,制定了一套简单、实用、可行的改进措施。

  2.1、变角接触球轴承背对背组合排列为面对面组合排列

  角接触球轴承组合采用面对面排列方式安装后(如图3所示),仅可通过改变轴承压盖纸垫厚度,通过拧紧压盖螺栓推动轴承外环位移,轴承内、外环与滚动体之间间隙变小来达到调整甚至消除轴承游隙的目的。调整量大小容易掌握,便于控制,并可以在使用一定时间轴承游隙变大后,不必拆解泵体就可以进行维修保养调整,减少或消除轴承因机械磨损造成的游隙变大的故障,将故障排除在萌芽状态。只要轴承游隙调整达到技术要求,轴向预紧力合适,成面对面排列安装的角接触球轴承,其安装刚度及运转精度完全可以达到与背对背排列相同的效果。因此,面对面排列方式比较符合实际操作需要,较适合于用户维修保养,当然可能达不到设备生产厂家的技术水准,但对于离心泵而言满足使用要求是完全可以达到的。

面对面排列安装的角接触球轴承

图3 面对面排列安装的角接触球轴承

  2.2、轴向定位环对轴套进行轴向定位

  借鉴维修2#淡氨盐水泵的经验,加工定做一轴向定位环(如图4所示),装在U60mm的轴上,再将轴套装入,使轴套内控台阶通过轴向定位环靠在轴肩上轴向定位,副叶轮、叶轮也相应确定轴向位置。让轴套与轴承螺母接触面互相脱离,消除了轴承螺母位移而对其他零件轴向位置产生的影响。

轴向定位环

图4 轴向定位环

  轴向定位环性状及各部尺寸的确定,则是通过分析并计算TB钛泵总装配尺寸及各零件的装配尺寸所形成的封闭装配尺寸链得到的。具体分析计算过程在此不做详述。

3、改进方案的实施

  用3#冷母液泵做改进试验。

  1)装配轴承。将角接触球轴承(7318BEP)组合成面对面排列装配到轴上,保留原轴承内环调整垫,去掉外环调整垫,锁紧轴承内环螺母。然后将泵轴组件装入托架轴承孔内并装配到位,再将单列短圆柱滚子轴承(2318)装于驱动端,压紧轴承压盖。调整轴承压盖纸垫片的厚度轴向预紧角接触球轴承外环,调整技术要求:轴向窜动量为0.2~0.4mm,叶轮安装轴颈径向跳动量为0.08mm,盘轴转动无卡滞现象。

  2)装配轴向定位环及泵轴上各组件。装轴向定位环,轴套于轴上,依次安装盖板、副叶轮、隔板、叶轮等组件,拧紧叶轮螺母。注意在每个装配环节不要漏掉/O0型密封圈。测量叶轮盖板间隙为1.5mm左右,盘动泵轴转动无任何阻碍后,进行泵总装配。

  3)试车。总装结束,检查无异常后,加足润滑油,安好防护罩,送电起动电机,空负荷状态下运转20min,检查轴承温升不高于环境温度35e,运转声响、电机电流及其他各部位无任何异常现象。开启工艺流程,投入生产。

  4)改进后的3#泵连续运转约2000h,即停机进行保养,适量调整轴承游隙,更换轴承箱内润滑油,消除连续运转因机械磨损所产生的轴承游隙变大的故障,使轴承处于良好的工作状态。

4、改进后的效果

  3#(P0403C)冷母液泵经改进后,到目前使用近9个月,运行状况良好,仅按要求作了1次维护调整。通过比较,该泵运转情况和使用周期明显优于其它泵,出力最多,运转平稳。设备效率明显提高,维修周期明显延长,大大减少了维修工作量,降低了设备维修成本。改进措施实施非常成功,改进方案简单易行,操作方便,成本低廉,达到了预期的目的,并取得了非常好的经济效益。因此我们准备将此改进方案对其它同类型泵进行推广,以期获得更高的经济效益,更高的设备生产效率,为我厂的生产稳定运行提供可靠的保证。

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