水環(huán)式真空泵軸承的劣化管理與維護(hù)規(guī)范

辛庚嘉，張連崗，王學(xué)斌

（1.陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東聊城 252300；2.山東益豐生化環(huán)保股份有限公司，山東濱州 256500；3.冠縣技工學(xué)校，山東聊城 252599）

0 引言

水環(huán)泵中氣體壓縮是等溫的，可抽除易燃、易爆氣體，此外還可抽除含塵、含水氣體，廣泛應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)的許多工藝過程中。

1 設(shè)備參數(shù)與軸承選型

水環(huán)真空泵內(nèi)裝有帶固定葉片的偏心轉(zhuǎn)子，是將水（液體）拋向定子壁，水（液體）形成與定子同心的液環(huán)，液環(huán)與轉(zhuǎn)子葉片一起構(gòu)成可變?nèi)莘e的旋轉(zhuǎn)變?nèi)莘e真空泵。水環(huán)真空泵是一種粗真空泵，它所能獲得的極限真空為2000～4000 Pa。

在變壓吸附制氧的工況環(huán)境下，水環(huán)真空泵作為匹配變壓吸附裝置的主體設(shè)備，用于抽除吸附塔中的氮?dú)狻，F(xiàn)場(chǎng)裝機(jī)量12 臺(tái)，其中每3 臺(tái)真空泵組成一套真空機(jī)組，工作壓力在+35～-70 kPa，其運(yùn)行為變負(fù)荷狀態(tài)。

裝機(jī)軸承2 件/臺(tái)，共計(jì)軸承24 件。型號(hào)：2BEC130；最大抽速：1050 m3/min；極限壓力：16 kPa；轉(zhuǎn)速：124 r/min；電機(jī)功率：1250 kW；裝機(jī)選型：352964×2；廠家：瓦房店軸承。

2 軸承日常故障及維護(hù)

水環(huán)式真空泵在運(yùn)行中由于系統(tǒng)負(fù)荷變載，軸承在使用中也存在變負(fù)荷運(yùn)行，使用壽命參差不齊。12 臺(tái)真空泵軸承中，驅(qū)動(dòng)軸承的平均使用壽命為15 個(gè)月，后軸承的平均使用壽命為9個(gè)月，其運(yùn)行中的故障和劣化也不盡相同，最為突出的為軸承偏載運(yùn)行后的滾珠點(diǎn)蝕和軸承軸頸磨損下的內(nèi)圈開裂。綜合考量其變負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)計(jì)缺陷，多次發(fā)現(xiàn)內(nèi)外排軸承偏載磨損、軸頸磨損等。

2.1 軸承日常故障

軸承日常劣化主要表現(xiàn)為：①軸承的異音與高振動(dòng)；②軸承的溫升與油品的缺失；③內(nèi)圈或外圈的磨損；④泵端軸承的間隙調(diào)整與軸承自身熱膨脹。軸承維護(hù)問題現(xiàn)狀：①軸承安裝精度和安裝時(shí)軸承座與軸承的清潔度需要進(jìn)一步加強(qiáng)和保證；②軸承座存在部分磨損；③鍍軸的技術(shù)水準(zhǔn)有待進(jìn)一步提高；④對(duì)于雙排圓錐滾子軸承的裝配中，現(xiàn)場(chǎng)不具備冷裝條件，而熱裝后迅速緊固螺母，也使得軸承無法更自然的自由找正。

2.2 故障處理

設(shè)備維保層面主要為添加潤(rùn)滑脂、軸承更換、必要的鍍軸和軸承座更換等。目前對(duì)待真空泵軸承的振動(dòng)劣化維護(hù)中，主要是以添加潤(rùn)滑脂后加強(qiáng)點(diǎn)檢，運(yùn)行依然高振動(dòng)后選擇更換。

（1）對(duì)策執(zhí)行：收集其他品牌同型號(hào)軸承相關(guān)數(shù)據(jù)，分析替代可行性；葉輪側(cè)隙、葉輪與外壁間隙的數(shù)據(jù)測(cè)繪；前后軸端軸頸的同心度檢測(cè)的可行性。

（2）日常維護(hù)類方案：周期補(bǔ)充潤(rùn)滑脂；排氣端呼吸墊片的周期檢查與更換；檢測(cè)葉輪污垢情況，依據(jù)情況嘗試葉輪污垢的一體化清理。

（3）技術(shù)改進(jìn)：軸承替代型號(hào)的選取與關(guān)聯(lián)部件的尺寸修整；葉輪側(cè)隙調(diào)整；鍍軸方式優(yōu)化——電刷鍍與高分子材料鍍軸融合開展。

（4）質(zhì)量把控：軸承質(zhì)量嚴(yán)格把控，優(yōu)化葉輪側(cè)隙調(diào)配執(zhí)行；嚴(yán)格安裝精度與鍍軸精度；嘗試其他品牌軸承試用；日常通過打開后軸承座端蓋，檢查軸承并查看內(nèi)部潤(rùn)滑脂雜質(zhì)，然后使用四氯化碳、煤油、清洗劑等順序清理，并更換高質(zhì)量鈣基潤(rùn)滑脂，通過維護(hù)保養(yǎng)查看運(yùn)行效果。在潤(rùn)滑脂的外循環(huán)與更換、運(yùn)維壽命的優(yōu)化與規(guī)范、工裝的設(shè)計(jì)與完善等層面開展。并增設(shè)濃油泵，改進(jìn)軸承座或兩側(cè)端蓋，促使?jié)櫥耐獠孔匝h(huán)。

2.3 設(shè)備工藝運(yùn)行優(yōu)化

設(shè)備工藝運(yùn)行優(yōu)化包括：①被輸送的介質(zhì)及其溫度應(yīng)在泵材允許范圍內(nèi)；②被輸送介質(zhì)中若含有固體顆粒泵入口要加過濾網(wǎng)，如含有鐵磁質(zhì)微粒需加磁性過濾器；③水環(huán)真空泵在使用中環(huán)境溫度應(yīng)適中，防止電機(jī)溫度過高；④真空泵正常運(yùn)行后，應(yīng)拆檢軸承和端面動(dòng)環(huán)的磨損情況，并更換易損件。期間注重對(duì)于填料密封的選用與周期調(diào)整維護(hù)，其中填料密封的選取，以水基耐磨填料為主，避免為達(dá)到過度密封的效果，增加填料匝數(shù)；⑤對(duì)于輸送液為易沉淀結(jié)晶的介質(zhì)，使用后應(yīng)及時(shí)清洗、排凈泵內(nèi)積液，對(duì)于真空泵腔體的水溝也應(yīng)周期開展循環(huán)清理維護(hù)，避免背板及其葉片的磨損；⑥因?yàn)檎婵毡幂S承的冷卻和潤(rùn)滑是靠被輸送的介質(zhì)，所以絕對(duì)禁止空運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)避免在工作中途停電后再啟動(dòng)時(shí)所造成的空載運(yùn)轉(zhuǎn)。

3 軸承故障與安裝規(guī)范

在測(cè)算軸承平均使用壽命后，發(fā)現(xiàn)大部分軸承的劣化開始于其平均運(yùn)行時(shí)間的節(jié)點(diǎn)上，這對(duì)于日常點(diǎn)檢有著十分重要的參考價(jià)值。綜合現(xiàn)有更換周期記錄，軸承使用壽命為18～24 個(gè)月的占比20%。在日常維護(hù)中需要加強(qiáng)保養(yǎng)，以應(yīng)對(duì)軸端的異樣磨損現(xiàn)象。

3.1 安裝軸承

拆除軸承的方法：①火焰切割，即火焰切割軸承外圈、保持架；②火焰加熱軸承內(nèi)圈，然后與軸徑進(jìn)行剝離；③使用液壓拉馬，優(yōu)先清理軸承內(nèi)部雜質(zhì)，卡盤裝夾后拆除軸承；④帶軸承座拆除，一方面要確保各著力點(diǎn)的加壓均勻，期間檢查軸承內(nèi)蓋的螺栓緊固狀態(tài)，確保緩慢均勻有效拆除。對(duì)于切割器拆除方式，因操作期間容易對(duì)軸肩造成損傷，除必要情況外，應(yīng)減少改方案執(zhí)行。無論采用何種方式，都要確保對(duì)軸頸、軸承座內(nèi)孔、軸肩端面、備母螺紋等各重點(diǎn)部位的防護(hù)，確保安裝復(fù)位過程中的精度。

3.1.1 軸徑檢測(cè)

首先使用丙酮或者無水乙醇對(duì)軸徑進(jìn)行清理，使用外徑千分尺對(duì)軸徑內(nèi)側(cè)、外側(cè)、軸向、徑向進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量（至少2 組數(shù)據(jù)）。確認(rèn)是否在原始的軸徑尺寸公差320+0.062+0.098 mm 范圍內(nèi)。如有偏差，需要進(jìn)行鍍軸或高點(diǎn)打磨。檢查軸與軸承的配合面是否有磨損，清理軸徑上的油污，使用螺旋測(cè)微器進(jìn)行測(cè)量（320.05～320.12 mm 為正常；磨損量在0.20 mm 以內(nèi)可以電刷鍍鍍軸，也可以通過高分子材料刷鍍，磨損量在0.20～1.00 mm 時(shí)優(yōu)先選用高分子材料刷鍍）。

3.1.2 軸肩定位檢測(cè)

先對(duì)軸肩進(jìn)行清理，使用金相砂紙或油石對(duì)其進(jìn)行必要的表面處理。使用直角刀口尺對(duì)軸肩、軸肩與軸徑的相對(duì)尺寸進(jìn)行檢測(cè)，確保其平面度與軸徑垂直度。如遇高點(diǎn)，需對(duì)其進(jìn)行消除。

3.1.3 磨損分析

軸頸以及軸肩位置出現(xiàn)磨損，原因是運(yùn)行劣化和變負(fù)荷工況下的劣化。

（1）正常金屬疲勞磨損：由于水環(huán)真空泵處于一種變載荷的工作狀態(tài)，金屬本身的疲勞特性在一定周期內(nèi)便會(huì)表現(xiàn)出來，致使軸承與軸配合表面產(chǎn)生劣化，將導(dǎo)致運(yùn)行過程中出現(xiàn)配合間隙，軸承與軸表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，短時(shí)間之內(nèi)便可造成軸或軸承室的嚴(yán)重磨損。

（2）加工尺寸誤差：轉(zhuǎn)子軸與軸承的配合過盈尺寸過小或配合接觸面積過小時(shí)，在真空泵的重載沖擊下會(huì)造成軸承與轉(zhuǎn)子軸存在間隙。

（3）維修維護(hù)：維修維護(hù)不及時(shí)、不規(guī)范，軸承潤(rùn)滑不足，軸承軸向定位控制或預(yù)留設(shè)備的軸向伸縮量變化造成軸承游隙增大等也將造成軸與軸承間的竄動(dòng)而磨損。

3.1.4 鍍軸

（1）補(bǔ)焊機(jī)加工法：對(duì)泵軸進(jìn)行補(bǔ)焊加工可以解決軸承位磨損問題，但拆除轉(zhuǎn)子成本較高，在線修補(bǔ)精度無法有效保障，應(yīng)用上有較大局限性。

（2）刷鍍和噴涂再機(jī)加工法：基本滿足需求，對(duì)檢修人員、現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制要求高，修復(fù)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高，因修補(bǔ)的材料是金屬材料，存在一定化學(xué)污染。

（3）高分子聚合物材料修補(bǔ)法：Resimac-DEP 高分子聚合物材料具有比較強(qiáng)的粘著力、優(yōu)異的抗壓強(qiáng)度、耐磨性和抗腐蝕性等的綜合性能，在傳動(dòng)部位磨損尺寸相對(duì)較小的情況下可以現(xiàn)場(chǎng)免拆卸修復(fù)，既避免了機(jī)加工，又無補(bǔ)焊熱應(yīng)力的影響，且修復(fù)厚度也不受限制，不僅可以延長(zhǎng)真空泵的使用壽命，也可以節(jié)省大量的停機(jī)時(shí)間。

3.1.5 軸承游隙檢測(cè)

軸承平放在檢測(cè)平臺(tái)，用壓板壓實(shí)，一邊旋轉(zhuǎn)其外圈，一邊緊固壓板上鎖緊螺母。待滾珠與外圈無間隙時(shí)，使用高度尺測(cè)量軸承高度h1；取出軸承中間環(huán)，壓板壓實(shí)軸承，一邊轉(zhuǎn)外圈一邊鎖緊壓板上螺母。待滾珠與外圈無間隙時(shí)，測(cè)量軸承高度h2；得軸承實(shí)際游隙s=h1-h2；352964×2 軸承的游隙范圍為0.550～0.690 mm。

3.1.6 軸承加熱

因現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境限制，只能使用軸承加熱器加熱安裝。在加熱前，應(yīng)首先使用煤油對(duì)其進(jìn)行清洗，然后用干凈面紗擦拭干凈。現(xiàn)場(chǎng)使用軸承加熱器，加熱至90～110 ℃，確保均勻加熱并保溫3～5 min，隨后快速安裝。安裝備母。待軸承冷卻后，涂抹潤(rùn)滑脂（鋰基潤(rùn)滑脂ZL-3）。

3.1.7 安裝

軸承安裝過程中，首先要確保安裝環(huán)境的清潔，包括軸頭、備母、軸承安裝軸徑、軸肩等。①安裝內(nèi)排軸承，使用耐高溫手套，將其裝配到位后，使用細(xì)銅桿輕輕敲擊軸承內(nèi)圈，確保其安裝到位。待其稍稍冷卻后，在滾珠上涂抹少許潤(rùn)滑脂，一方面用于冷卻，其次用于潤(rùn)滑；②安裝中間擋環(huán)，軸承外圈，在安裝外圈時(shí)，使用煤油或清洗劑對(duì)其內(nèi)孔進(jìn)行清理，擦拭干凈后，均勻涂抹潤(rùn)滑脂，脂厚度保證2～3 mm；③在安裝外排軸承前，將軸承外圈安裝到位，隨后安裝軸承外排，使用銅棒均勻敲擊，并做好備母安裝準(zhǔn)備；④當(dāng)備母緊固與軸承接觸時(shí)，一邊盤動(dòng)軸承外圈、一邊測(cè)量軸承游隙，保證不低于0.35 mm，以便于設(shè)備調(diào)整，待軸承冷卻后，再次緊固備母，在保證軸承游隙的前提下直到軸承備母完全緊固到位；⑤待軸承自然冷卻后，通過盤動(dòng)軸承外圈，添加潤(rùn)滑脂。另外，對(duì)備母進(jìn)行二次緊固，完全緊固后安裝頂絲并鎖緊。

3.1.8 填充潤(rùn)滑脂

填充潤(rùn)滑脂時(shí)不允許佩戴手套，需保持雙手清潔。填充量以軸承外圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)有潤(rùn)滑脂溢出為標(biāo)準(zhǔn)。在泵體完全恢復(fù)后，使用加油機(jī)對(duì)其補(bǔ)充潤(rùn)滑脂。取放軸承時(shí)，也必須保證現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和工具、護(hù)品的清潔。

4 軸承運(yùn)行分析

自設(shè)備使用以來，軸承的問題一直存在，一是設(shè)計(jì)上單純放大，無深層次技術(shù)革新，而承載較高質(zhì)量的軸承成為問題凸顯的表象。其自身質(zhì)量、裝配方式、潤(rùn)滑脂的補(bǔ)充、變負(fù)荷運(yùn)行等都成為主要因素。

目前設(shè)備前后軸承共更換40 次，其中泵端24 次，原因是驅(qū)動(dòng)端臨近減速機(jī)，徑向扭矩作用力較小，磨損較小，且磨損后在劣化表現(xiàn)上存在一定積聚期，且驅(qū)動(dòng)端拆裝耗時(shí)長(zhǎng)，存在滯后更換情況，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)端軸頸大多磨損要鍍軸處理。其主要劣化表現(xiàn)為：偏載、點(diǎn)蝕、內(nèi)排偏載、外圈開裂、滾珠點(diǎn)蝕。軸承偏載是首當(dāng)其沖的軸承質(zhì)量問題。

真空泵在更換后軸承時(shí)，需要對(duì)其間隙進(jìn)行調(diào)整：軸承裝配到位后，優(yōu)先通過百分表測(cè)定其軸承外圈游隙。首先固定后端軸承座并緊固到位，在前端安裝百分表并調(diào)零；松動(dòng)后端軸承座螺栓但不拆除，使用頂絲將后軸承座與泵體分離，達(dá)最大間隙后，讀取百分表示數(shù)。取百分表示數(shù)的1/2 制作銅墊片，安裝緊固后讀取百分表示數(shù)。以保障葉輪前后都有間隙。運(yùn)行一段時(shí)間后，要對(duì)設(shè)備對(duì)中情況進(jìn)行檢查，視情況進(jìn)行修正調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)優(yōu)化調(diào)整，軸承使用壽命提升至26～36 個(gè)月，在變壓吸附的工況環(huán)境下，水環(huán)式真空泵的整體運(yùn)行狀態(tài)可以滿足現(xiàn)狀設(shè)備運(yùn)行需求。但在設(shè)備運(yùn)行維護(hù)環(huán)節(jié)，仍需要提升設(shè)備運(yùn)維管理水準(zhǔn)，在工藝工況分析優(yōu)化下，逐步減少變負(fù)荷的壓差以及啟動(dòng)工況下的時(shí)間緩沖，確保對(duì)設(shè)備本體的有效保護(hù)，以便提升現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)維處置中的整體效率。