熔體齒輪泵軸承故障分析及延長(zhǎng)軸承壽命措施

張勝?lài)?guó)，韓君炎，張紹英

(榮盛石化股份有限公司，浙江杭州 311247)

熔體齒輪泵是PET聚酯裝置中用來(lái)輸送、增壓熔體的設(shè)備，熔體齒輪泵的可靠性是影響聚酯裝置連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。一些熔體齒輪泵在運(yùn)行一段時(shí)間后，故障明顯增多，在齒輪泵的機(jī)械故障中以滑動(dòng)軸承的磨損、滑動(dòng)軸承抱軸、滑動(dòng)軸承開(kāi)裂、齒輪軸斷軸、齒輪斷齒的問(wèn)題較為突出。本文根據(jù)一起熔體泵齒輪斷軸、軸承開(kāi)裂故障，從齒輪受力、動(dòng)力潤(rùn)滑原理及滑動(dòng)軸承承載能力等方面加以分析，找出齒輪斷軸、滑動(dòng)軸承開(kāi)裂的原因，并提出解決此類(lèi)問(wèn)題的應(yīng)對(duì)措施。

1 故障簡(jiǎn)介

以下是一臺(tái)故障熔體泵失效部件的實(shí)物照片(見(jiàn)圖1)，從圖中可見(jiàn)滑動(dòng)軸承存在明顯的周向裂紋，從動(dòng)齒輪在軸肩截面部位發(fā)生斷裂，斷口表面存在明顯的疲勞特征(貝紋與放射線(xiàn))。

a) 從動(dòng)齒輪軸軸肩斷裂

2 原理及分析

2.1 熔體齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

熔體齒輪泵采用外嚙合漸開(kāi)線(xiàn)斜齒輪。熔體齒輪泵由泵殼、前后端蓋板、齒輪軸、滑動(dòng)軸承(具有蓋板功能)和旋轉(zhuǎn)軸封構(gòu)成(見(jiàn)圖2)。工作時(shí)，依靠相互嚙合的主、從動(dòng)齒輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中所造成的工作容積持續(xù)變化來(lái)輸送熔體。熔體齒輪泵屬于正位移泵。只要泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪就向出口側(cè)壓送熔體，泵出口可達(dá)到很高的壓力，而流量與排出壓力基本無(wú)關(guān)。

圖2 熔體泵結(jié)構(gòu)示意圖

為了提高齒輪泵的剛性與可靠性，將齒輪與軸制成一體。低壓齒輪泵的齒輪常采用齒寬等于齒頂圓直徑的方形結(jié)構(gòu)；高壓場(chǎng)合使用的高黏度齒輪泵的輪齒寬度小于其齒頂圓直徑，減小齒輪的徑向受壓面積，降低齒輪、軸承的載荷。

熔體齒輪泵采用熔體自潤(rùn)滑的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承(結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3)，在軸承端面開(kāi)有潤(rùn)滑油槽，潤(rùn)滑油槽與齒輪泵出口側(cè)輪齒根部相通。在軸承內(nèi)壁非承載面上加工有螺旋式流道，螺旋槽旋向與齒輪軸的轉(zhuǎn)向相同。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，借助螺旋作用及軸承兩端的壓力差，將軸承外部低溫熔體吸入軸承，對(duì)軸頸和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻后，經(jīng)外側(cè)蓋板上的專(zhuān)用通道回流至齒輪泵進(jìn)液口。構(gòu)成一個(gè)潤(rùn)滑充分、散熱快的螺旋自吸式潤(rùn)滑系統(tǒng)。

熔體齒輪泵按照用途可分為熔體出料泵和熔體增壓泵。熔體增壓泵采用反螺旋密封，熔體出料泵采用反螺旋+填料密封的組合型式的軸封。

2.2 熔體齒輪泵滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑機(jī)理

滑動(dòng)軸承具備高承載能力必須形成良好的油膜潤(rùn)滑，使軸頸在與軸瓦不接觸的情況下穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。熔體齒輪泵滑動(dòng)軸承結(jié)合了動(dòng)壓潤(rùn)滑與強(qiáng)制潤(rùn)滑機(jī)理。齒輪軸頸與軸承孔之間存在一定的間隙(一般為軸頸直徑的千分之幾)，熔體泵啟動(dòng)時(shí)，軸頸與軸承直接接觸，軸承處于干摩擦狀態(tài)；當(dāng)熔體齒輪泵出口壓力逐漸增大，高壓區(qū)熔體從軸承內(nèi)側(cè)潤(rùn)滑槽壓入軸承與齒輪軸之間的間隙中，隨著齒輪軸的旋轉(zhuǎn)，軸頸與軸承中心不再重合，存在一定偏心距e，即在軸頸與軸瓦間形成楔形間隙，熔體在高壓驅(qū)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)軸頸的牽引作用下在楔形間隙內(nèi)流動(dòng)，順著轉(zhuǎn)速的方向油膜厚度逐漸減小的油楔為收斂楔，順著轉(zhuǎn)速的方向油膜厚度逐漸增大的油楔為發(fā)散楔。如果帶入收斂楔內(nèi)的潤(rùn)滑液流量是連續(xù)的，熔體在收斂楔區(qū)域內(nèi)壓力逐漸升高，形成高壓力油區(qū)，使軸頸抬起，從而形成油膜潤(rùn)滑。由于在軸承內(nèi)起潤(rùn)滑作用的熔體受到擠壓導(dǎo)致壓力升高，所以熔體會(huì)從軸承外側(cè)流出，從軸承泄漏出來(lái)的高壓熔體經(jīng)側(cè)蓋板上的導(dǎo)流槽(V形槽)和泵殼體上的回流孔(見(jiàn)圖4)進(jìn)入齒輪泵入口的低壓區(qū)，使參與潤(rùn)滑的聚合物熔體不斷更新。進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑液必須全部是低溫(相對(duì)低溫)介質(zhì)，黏性潤(rùn)滑液更易于形成承載能力強(qiáng)的動(dòng)壓油膜；同時(shí)大量的潤(rùn)滑液循環(huán)不斷地帶走軸承的熱量，對(duì)軸承起到良好的潤(rùn)滑和冷卻作用。也可有效縮短聚合物熔體在軸承內(nèi)的滯留時(shí)間，防止因剪切變稀而導(dǎo)致熔體發(fā)生分解。

圖4 熔體齒輪泵潤(rùn)滑槽示意圖

2.3 滑動(dòng)軸承受力分析

2.3.1 外嚙合齒輪泵的徑向力

外嚙合齒輪泵一般采用一對(duì)齒數(shù)相同的齒輪，由于齒輪受到嚙合力以及沿齒輪圓周的液壓力，導(dǎo)致齒輪受到的徑向力不平衡。齒輪泵在運(yùn)行過(guò)程中，不平衡的徑向力加劇軸承磨損以及其他零件損壞，同時(shí)限制其工作壓力的提高，降低齒輪泵的工作可靠性。因此，必須對(duì)齒輪泵徑向力進(jìn)行理論分析和計(jì)算。

(1) 液壓力計(jì)算

齒輪泵工作時(shí)，吸油腔與壓油腔存在壓差。由于齒頂與泵體內(nèi)表面留有徑向間隙，因此流體作用在齒輪外圓上的壓力，且沿齒輪外圓周方向的壓力分布不均勻，從吸油腔到壓油腔是逐漸升高(壓力的分布如圖5所示)。主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪軸，要分別受到一個(gè)大小相近、方向皆大致從泵排出口指向吸入口的徑向液壓合力FP的作用，使軸承受到單向徑向力。資料[1]給出相應(yīng)的計(jì)算公式如下：

圖5 齒輪圓周徑向力近似分布曲線(xiàn)圖

(1)

式中Δp為進(jìn)出口壓差，Pa；b為齒寬，m；ra為齒頂圓半徑，m；ψ′為吸油區(qū)夾角?！柏?fù)號(hào)”表示液壓力指向y軸負(fù)方向，即該負(fù)載力方向垂直向下，指向吸油腔。

(2) 嚙合力計(jì)算

主動(dòng)輪帶動(dòng)從動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在嚙合點(diǎn)處存在法向力FT，F(xiàn)T與齒面垂直。主、從動(dòng)齒輪所受的嚙合力，分別為大小相等、方向皆沿嚙合線(xiàn)，但指向相反的FT。

(2)

式中V為齒輪泵的理論排量，m3/r；Δp為進(jìn)出口壓差，N/m2；rw為節(jié)圓半徑，m；a為嚙合角，°。

(3) 外嚙合齒輪泵的徑向力

外嚙合齒輪泵的徑向力F，是由沿齒輪外圓周方向液體壓力分布不均勻引起的徑向合力FP和齒輪嚙合力FT兩部分組成的。作用在主動(dòng)齒輪上的徑向力，即合力F1為：

(3)

作用在從動(dòng)輪上的徑向力，即合力F2為：

(4)

工程應(yīng)用通常由下面兩個(gè)近似計(jì)算公式估算：

F1=75Δpbdw(N)

(5)

F2=85Δpbdw(N)

(6)

式中Δp為進(jìn)出口壓差，MPa；b為齒寬，cm；dw為齒頂圓直徑，cm。

很顯然即從動(dòng)齒輪受力更大，且工作壓力越高，單向壓力F越大，軸承磨損越快，它直接影響到齒輪泵的壽命。很大的徑向力不僅使軸頸和軸承快速磨損，還會(huì)使齒輪軸產(chǎn)生變形，造成齒頂與泵殼間的刮擦。

因此，在設(shè)計(jì)計(jì)算選用軸承時(shí)，應(yīng)以從動(dòng)齒輪的受力作為依據(jù)。

2.3.2 軸向力分析

由于齒輪泵采用斜齒輪，這樣就使得斜齒輪泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生了軸向力，軸向力不平衡是齒輪端面或軸承端面磨損根源。下面分別對(duì)斜齒輪泵的主動(dòng)軸和從動(dòng)軸所受的軸向力進(jìn)行分析計(jì)算。

(1) 主動(dòng)斜齒輪軸上的軸向力

作用在主動(dòng)斜齒輪軸上的軸向力來(lái)自于液壓力和嚙合力兩部分，由液壓力和嚙合力產(chǎn)生的軸向力為：

(7)

式中Δp為吸油口與排油口壓力差，Pa；b為齒寬，m；ra為齒頂圓半徑，m；β為螺旋角，°；r為節(jié)圓半徑，m。

對(duì)于熔體齒輪泵的內(nèi)置齒輪軸軸端會(huì)受到熔體的液壓力，可按下式估算

式中Pin為吸油口壓力，Pa；r為齒輪軸軸端半徑，m。

(2) 從動(dòng)斜齒輪軸上的軸向力

作用在從動(dòng)斜齒輪軸上的軸向力也由液壓力和嚙合力共同產(chǎn)生，由于主動(dòng)斜齒輪對(duì)從動(dòng)斜齒輪的嚙合力是由作用在從動(dòng)軸上的液壓力間接產(chǎn)生的，作用在從動(dòng)斜齒輪軸上液壓力和嚙合力大小相等，方向相反，所以作用在從動(dòng)軸上的軸向力為零。

因此，斜齒輪泵的軸向力的平衡主要是指其主動(dòng)軸上的軸向力平衡。熔體出料泵由于入口為負(fù)壓，為了減少泄漏點(diǎn)，故采用驅(qū)動(dòng)軸軸端一側(cè)內(nèi)置結(jié)構(gòu)；熔體增壓泵入口壓力通?！? MPa，故采用驅(qū)動(dòng)軸兩側(cè)軸端外伸結(jié)構(gòu)。

2.4 熔體出料泵動(dòng)壓軸承靜特性計(jì)算

穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜及其厚度對(duì)滑動(dòng)軸承的承載能力起到?jīng)Q定性的作用，在軸承包角和軸頸的長(zhǎng)徑比一定時(shí)，最小油膜厚度越小，軸承的承載能力越大。在載荷、潤(rùn)滑油黏度和軸承幾何尺寸確定的情況下，影響油膜厚度的重要因素為軸承間隙，間隙越小，最小油膜厚度越小[2]。軸承內(nèi)油膜壓力分布見(jiàn)圖6。

圖6 軸承內(nèi)油膜壓力分布

(1) 最小油膜厚度

然而，最小油膜厚度是不能無(wú)限縮小的，它受到軸頸和軸承表面粗糙度、軸的剛性及軸頸的幾何形狀誤差等的限制。為確保軸承能處于液體摩擦狀態(tài)，最小油膜厚度必須等于或大于許用油膜厚度[h]，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]中給出的公式計(jì)算：

(8)

式中r為軸頸半徑，m；R為軸承孔半徑，m；e為偏心距，m；ψ為相對(duì)間隙，ψ=δ/r；δ為半徑間隙，δ=R-r；χ為偏心率，x=e/δ；R1、R2為對(duì)軸頸和軸瓦表面不平度平均高度，對(duì)于熔體齒輪泵，可分別取0.8 μm和1.6 μm，或0.2 μm和0.4 μm。

S為安全系數(shù)，考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等，常取S>2；y1為軸頸在軸承中的撓度；y2為軸頸偏移量。

(2) 軸承承載能力

軸承的承載能力常采用無(wú)量綱軸承特性數(shù)來(lái)表示，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]中給出的公式計(jì)算：

(a) 徑向軸承

(9)

式中F為外載荷，N；η為潤(rùn)滑油在軸承平均工作溫度下的動(dòng)力黏度，N·s/m2；ω為軸頸旋轉(zhuǎn)角速度，s-1；d為軸頸直徑，m；B為軸承寬度，m；v為軸頸圓周速度，m/s。

(b) 推力軸承

(10)

式中hz為支點(diǎn)處的潤(rùn)滑膜厚度；B為軸瓦寬度，即B=rout-rin。

在給定邊界條件時(shí)，Cp是軸頸在軸承中位置的函數(shù)，其值取決于軸承的包角a(指軸承表面上連續(xù)光滑部分包圍軸頸的角度，即入油口到出油口間所包軸頸的夾角)，相對(duì)偏心率χ和寬徑比B/d。

(3) 軸承潤(rùn)滑油流量

潤(rùn)滑油充滿(mǎn)軸承間隙，形成完全油膜時(shí)，進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油形成一層把滑動(dòng)表面分開(kāi)的潤(rùn)滑油膜，在潤(rùn)滑油膜中形成的壓力迫使?jié)櫥蛷妮S承兩端流出，由流體動(dòng)壓力造成的潤(rùn)滑油流量為q1；進(jìn)油壓力ps使多余的潤(rùn)滑油從軸承兩端流出，進(jìn)油壓力產(chǎn)生的潤(rùn)滑油流量為q2。

1) 承載區(qū)端泄流量q1

承載區(qū)端泄流量數(shù)q1與有效平均相對(duì)間隙ψeff、等效轉(zhuǎn)速nb、與軸承直徑D的3次方成正比。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]，承載區(qū)端泄流量q1按下式計(jì)算：

(11)

2) 非承載區(qū)端泄流量q2

非承載區(qū)端泄流量數(shù)q2與供油壓力ps、軸承直徑D、有效平均相對(duì)間隙ψeff的3次方成正比，與潤(rùn)滑油有效黏度成反比。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]，非承載區(qū)端泄流量q2按下式計(jì)算：

(12)

3) 潤(rùn)滑油總流量

潤(rùn)滑油充滿(mǎn)承載區(qū)和非承載區(qū)在內(nèi)的整個(gè)潤(rùn)滑間隙，潤(rùn)滑油總流量由下式計(jì)算。

(13)

4) 潤(rùn)滑液溫升

潤(rùn)滑液的一個(gè)作用可以將軸瓦與軸頸隔開(kāi)，從而可以避免兩者之間發(fā)生固體干摩擦，另一個(gè)作用就是可以將流體摩擦做功所產(chǎn)生的熱量帶走。

實(shí)際上，熔體齒輪泵軸承間隙中的摩擦熱主要通過(guò)潤(rùn)滑液帶走摩擦熱，在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)忽略傳導(dǎo)散熱方式可獲得額外的安全余量。潤(rùn)滑油帶出一部分摩擦熱所占的比例稱(chēng)為散熱比K。壓力供油軸承通常取K=0.8～1.0。

查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[3]，潤(rùn)滑油溫升Δt的計(jì)算式為

(14)

式中Cp為潤(rùn)滑油的比定壓熱容，J/(kg·K)；ρ為潤(rùn)滑油的密度，kg/m3；q為潤(rùn)滑油的流量，cm3/s；Pμ為摩擦功耗，kW；μ*為摩擦數(shù)，是與軸承偏心率ε、長(zhǎng)徑比B/D和包角Ω相關(guān)的系數(shù)。

熔體齒輪泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)軸頸對(duì)熔體膜產(chǎn)生一個(gè)剪切力，并產(chǎn)生摩擦熱，使軸承和軸承內(nèi)熔體溫度升高。熔體溫度升高將導(dǎo)致軸承內(nèi)熔體黏度的降低，因此也降低軸承的承載能力；當(dāng)滑動(dòng)軸承的油膜承載能力不足以支承軸頸時(shí)，會(huì)造成潤(rùn)滑失效。導(dǎo)致軸承和軸頸表面直接接觸，此時(shí)兩者處于邊界潤(rùn)滑或干摩擦狀態(tài)；軸承溫度升高可以降解通過(guò)軸承的熔體，降低聚合物的總體質(zhì)量；嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生軸承抱軸現(xiàn)象。

因此，在保證滑動(dòng)軸承形成可靠潤(rùn)滑液膜和最小油膜厚度的同時(shí)，必須把溫升限制在允許的范圍內(nèi)。

2.5 軸承間隙變化對(duì)滑動(dòng)軸承的影響

對(duì)于已經(jīng)定型、投用的滑動(dòng)軸承，滑動(dòng)軸承各部分間隙的大小對(duì)其工作、潤(rùn)滑與磨損等都有很大影響。熔體齒輪泵在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于軸承或齒輪軸頸的磨損，軸承間隙(用相對(duì)間隙ψ表示)是不斷增大的。運(yùn)行中隨著軸承間隙逐漸增大，滑動(dòng)軸承會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

(1) 潤(rùn)滑液膜承載能力降低

軸承的設(shè)計(jì)間隙是初始間隙，工作中隨著軸承間隙逐漸增大，軸承承載能力逐漸下降，由式(9)可知，軸承承載力F與軸承相對(duì)間隙ψ的平方成反比。軸承承載力F與間隙ψ隨時(shí)間t的變化曲線(xiàn)如圖7所示。

圖7 軸承承載量F與間隙ψ隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)

從圖7可知，當(dāng)軸承間隙從ψ1增大至ψ2時(shí)，其承載能力從F1下降到F2，滑動(dòng)軸承的油膜承載能力不足以支承軸頸時(shí)，就會(huì)造成滑動(dòng)軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜失效，導(dǎo)致軸承和軸頸表面接觸，此時(shí)兩者處于邊界潤(rùn)滑或干摩擦狀態(tài)，加快軸頸與滑動(dòng)軸承的磨損，嚴(yán)重會(huì)抱軸。

(2) 無(wú)法形成承載能力所必須的最小油膜厚度

根據(jù)式(11)與式(12)可知，當(dāng)軸承間隙增大到ψ2，滑動(dòng)軸承承載區(qū)與非承載區(qū)端泄流量(q1+q2)增大，兩端泄出潤(rùn)滑油可以帶走軸承內(nèi)的熱量保持軸承溫度不至過(guò)高，但是如果端泄量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)軸承內(nèi)部潤(rùn)滑油的壓力減小，無(wú)法形成承載能力所必須的最小油膜厚度，造成軸承承載能力下降。

(3) 軸封漏料或漏氣

當(dāng)軸承間隙增大到ψ2，滑動(dòng)軸承承載區(qū)與非承載區(qū)端泄流量(q1+q2)增大，對(duì)于熔體增壓泵由于進(jìn)出口均為正壓，軸承間隙增大會(huì)增大熔體外漏量；對(duì)于熔體出料泵，由于出料泵入口為負(fù)壓，油膜壓力泄漏會(huì)導(dǎo)致油膜壓力下降，當(dāng)軸承內(nèi)非承載區(qū)的熔體膜壓力低于0時(shí)，軸承內(nèi)非承載區(qū)的熔體與外界的空氣一起被吸入齒輪泵內(nèi)，導(dǎo)致齒輪泵出口壓力波動(dòng)。

(4) 齒輪泵容積效率降低

滑動(dòng)軸承各部分間隙的大小對(duì)其工作、潤(rùn)滑與磨損等都有很大影響。軸向間隙過(guò)大會(huì)使軸頸的軸向穩(wěn)定性變差，同時(shí)形成齒輪泵內(nèi)的軸向泄漏(也稱(chēng)為端面間隙)，沿軸向間隙的泄漏是外嚙合齒輪泵泄漏的主體，約占總泄漏量的70%。(外嚙合齒輪泵的軸向泄漏有2種：(1)齒槽內(nèi)的油液經(jīng)齒輪軸頸與軸套間隙的泄漏；(2)出口高壓區(qū)(有些壓力還是變化)向進(jìn)口低壓區(qū)泄漏。)

熔體齒輪泵容積效率降低，只有提高轉(zhuǎn)速才能滿(mǎn)足要求的流量，轉(zhuǎn)速提高齒輪摩擦熱增加，潤(rùn)滑液膜黏度下降，油膜承載能力下降，同時(shí)齒輪軸因負(fù)荷增大而導(dǎo)致所受徑向力增大。

(5) 齒輪泵振動(dòng)

軸承間隙對(duì)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性起著關(guān)鍵性的作用，徑向間隙過(guò)大會(huì)因油膜的承載能力有限，容易造成旋轉(zhuǎn)軸頸的振動(dòng)和摩擦，造成軸承負(fù)荷分配不均，振動(dòng)沖擊會(huì)破壞潤(rùn)滑液膜的連續(xù)性與穩(wěn)定性，嚴(yán)重振動(dòng)沖擊會(huì)斷軸。

在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)軸承間隙增大到ψ2，無(wú)法形成承載能力所必須的穩(wěn)定、連續(xù)均勻的潤(rùn)滑油膜，就必須進(jìn)行維修。

3 提高熔體齒輪泵壽命的措施

由上述分析可知，造成熔體齒輪泵的從動(dòng)軸斷裂及軸承開(kāi)裂失效的原因是工作中隨著軸承間隙逐漸增大，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑狀況逐漸變差，軸承油膜承載能力逐漸下降，從而產(chǎn)生過(guò)大的摩擦力，導(dǎo)致熔體齒輪泵的滑動(dòng)軸承壽命縮短，從動(dòng)齒輪軸因承受較大的交變應(yīng)力而發(fā)生疲勞斷裂；滑動(dòng)軸承因抱軸受到過(guò)大扭力而開(kāi)裂。

熔體泵的壽命主要取決于滑動(dòng)軸承與軸頸之間能否始終保持良好的承載潤(rùn)滑膜，該潤(rùn)滑膜起到支承齒輪上的靜載荷及動(dòng)載荷的作用，從而減小齒輪軸的摩擦力。

提高熔體齒輪泵壽命的措施如下：

(1) 合理選材

熔體齒輪泵滑動(dòng)軸承常用材料為硬質(zhì)合金和鋁青銅。鋁青銅具有較高的強(qiáng)度、硬度和良好的耐磨性，具有優(yōu)良的導(dǎo)熱系數(shù)和穩(wěn)定的剛度，QAL10-4-4(鋁青銅牌號(hào))在400 ℃以下具有穩(wěn)定的力學(xué)性能。硬質(zhì)合金具有更高的強(qiáng)度和硬度。鋁青銅軸承比硬質(zhì)合金軸承具有更大的設(shè)計(jì)間隙，故鋁青銅軸承發(fā)生抱軸故障很少。

(2) 控制軸承的配合間隙在推薦值范圍內(nèi)

必須保證軸瓦與軸頸之間有一定間隙，即油膜有一定厚度，油膜厚度必須保持在合理值?；瑒?dòng)軸承的徑向間隙十分重要，過(guò)大、過(guò)小都極為有害。允許的最大間隙ψ2是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在SHS 04509—2004 熔體齒輪泵維護(hù)檢修規(guī)程中給出的參考值為0.01D(D為軸頸直徑)。

(3) 降低熱媒溫度

受到齒輪擠壓、剪切的熔體在經(jīng)過(guò)齒輪泵后溫度會(huì)升高(約3～5 ℃)，導(dǎo)致潤(rùn)滑膜承載能力下降。通過(guò)降低熱媒溫度，使泵體熱媒夾套的溫度稍低于前后夾套管的熱媒溫度，降低軸承區(qū)的溫度，可大大增加軸承的承載能力，提高熔體齒輪泵的使用壽命。

(4) 降低熔體齒輪泵進(jìn)口壓差

熔體齒輪泵的進(jìn)出口壓差、轉(zhuǎn)速和熔體的黏度都直接影響潤(rùn)滑膜的承載能力。提高熔體增壓泵入口壓力、降低熔體出料泵的出口壓力，減輕軸對(duì)潤(rùn)滑膜的剪切力及對(duì)潤(rùn)滑膜的破壞，避免承載區(qū)接近混合摩擦、甚至干摩擦狀態(tài)。

(5) 轉(zhuǎn)速變化要緩慢

依據(jù)熔體齒輪泵潤(rùn)滑原理可知，動(dòng)壓軸承油膜壓力是靠軸頸自身旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的，旋轉(zhuǎn)速度的變化會(huì)影響油膜的形成與承載能力。因此，泵起動(dòng)時(shí)，在出口無(wú)壓力形成時(shí)，不可盲目提速；提速要緩慢進(jìn)行，不要使前后壓力急劇上升，以防止軸或軸承過(guò)早損壞。

(6) 定期檢查清理防止?jié)櫥鄱氯?/p>

為了保證熔體齒輪泵的旋轉(zhuǎn)軸封處于密封狀態(tài)，需調(diào)節(jié)密封腔壓力(即流經(jīng)側(cè)蓋板潤(rùn)滑槽的熔體流量)，當(dāng)軸承軸向間隙增大后，流經(jīng)側(cè)蓋板潤(rùn)滑槽的熔體流量減小，回流通道處物料因受到高溫(冷卻不足)而出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，進(jìn)而堵塞流道，導(dǎo)致軸承與軸頸的潤(rùn)滑狀況變差，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)抱軸，案例分析見(jiàn)資料[4]。

因此，需定期檢查清理潤(rùn)滑槽、防止堵塞。

(7) 滑動(dòng)軸承安裝測(cè)溫元件

在熔體齒輪泵滑動(dòng)軸承上安裝測(cè)溫元件，將信號(hào)引入DCS控制系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)軸承溫度變化，通過(guò)調(diào)節(jié)齒輪泵產(chǎn)量與壓力來(lái)調(diào)節(jié)軸承受力。保證良好潤(rùn)滑和溫度監(jiān)測(cè)，才能確保軸承良好運(yùn)行。

(8) 對(duì)齒輪泵熱態(tài)定位

隨熔體齒輪泵軸承的配合間隙逐漸增大，齒輪泵的壓力脈動(dòng)同時(shí)增大，齒輪泵會(huì)出現(xiàn)晃動(dòng)，嚴(yán)重會(huì)造成齒輪端面或軸承端面磨損，嚴(yán)重縮短齒輪泵的使用壽命，可見(jiàn)相關(guān)資料[5]。

將熔體齒輪泵、減速機(jī)和電動(dòng)機(jī)固定在同一鋼平臺(tái)基礎(chǔ)上(見(jiàn)圖8)，待齒輪泵輸送系統(tǒng)升溫到位，熱平衡4 h后，對(duì)齒輪泵進(jìn)行固定、定位，這樣既可以平衡管道應(yīng)力，又可以消除運(yùn)行過(guò)程中齒輪泵的擺動(dòng)，減小作用在軸承上沖擊力。

圖8 鋼平臺(tái)基礎(chǔ)上

通過(guò)采取以上改進(jìn)措施，熔體齒輪泵運(yùn)行穩(wěn)定，在每四年一次的停機(jī)檢修期間，對(duì)熔體齒輪泵解體檢查和測(cè)量。對(duì)達(dá)到磨損極限的部件給予及時(shí)更換，避免因潤(rùn)滑變差導(dǎo)致摩擦阻力增加而出現(xiàn)機(jī)械故障。

其中3271-P01(熔體齒輪泵)于2014年更換齒輪、軸承后，一直穩(wěn)定運(yùn)行至今；其余2臺(tái)運(yùn)行周期均超過(guò)6年。