崔書海，董利鋒

(液化空氣〔滄州〕有限公司 河北滄州 061113)

進(jìn)口往復(fù)式低溫泵傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的技術(shù)改造

崔書海，董利鋒

(液化空氣〔滄州〕有限公司 河北滄州 061113)

對(duì)瑞士Cryomec公司生產(chǎn)的往復(fù)式低溫泵在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的活塞桿斷裂、十字頭磨損等故障進(jìn)行了系統(tǒng)性分析，通過(guò)原理分析及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)對(duì)此泵進(jìn)行自主技術(shù)改造。改造后，往復(fù)式低溫泵能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，使國(guó)外設(shè)備技術(shù)得到吸收轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)維修和備件國(guó)產(chǎn)化。

往復(fù)式 低溫泵 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 技術(shù)改造

在大型空分裝置中，低溫液體泵得到了充分的發(fā)展和應(yīng)用，低溫液體泵運(yùn)行狀況對(duì)于整套空分裝置的穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。液化空氣(滄州)有限公司2000TPD空分裝置氬工藝流程中采用瑞士Cryomec公司生產(chǎn)的往復(fù)式低溫泵。由于該往復(fù)式低溫泵存在旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力，泵的十字頭、活塞、活塞桿、曲柄軸等承受著較大的交變載荷和摩擦磨損，故發(fā)生的故障較多、檢修頻次高、連續(xù)運(yùn)行時(shí)間短，對(duì)生產(chǎn)造成了極大的影響。

1 活塞桿斷裂

1.1 活塞桿與十字頭連接結(jié)構(gòu)

該泵活塞桿與十字頭采用浮式連接(圖1)，通過(guò)活塞桿尾部環(huán)狀槽內(nèi)的對(duì)開環(huán)和螺母將其與十字頭連接在一起，因?qū)﹂_環(huán)和環(huán)狀槽存在微小間隙，故稱為浮式連接[1]。浮式連接可分為平面連接和球面連接，該泵采用球面連接，既有利于拆裝，又具有良好的啟動(dòng)對(duì)中性。

1.2 故障情況

由于活塞桿尾部環(huán)狀槽處直徑只有7.8 mm，且環(huán)狀槽根部倒圓半徑很小，很容易在循環(huán)交變載荷下產(chǎn)生裂紋和斷裂。在累計(jì)1年的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，2臺(tái)泵共發(fā)生3次活塞桿斷裂事故，且斷裂部位均在環(huán)狀槽附近(圖2)，頻繁檢修對(duì)生產(chǎn)的穩(wěn)定構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。

1.3 改進(jìn)措施

為了減少活塞桿斷裂事故的發(fā)生、降低檢修頻次，加工制作了新的活塞桿并改變環(huán)狀槽部位的尺寸，以改善此部位的受力情況。先將活塞桿

1.螺母 2.墊片 3.對(duì)開環(huán)塊 4.圓球 5.墊塊 6.機(jī)體 7.十字頭銷 8.連桿小頭軸承 9.十字頭 10.襯套 11.連桿

圖1 十字頭與連桿連接示意

圖2 活塞桿斷裂示意

環(huán)狀槽處的直徑由7.8 mm擴(kuò)至8.0 mm，然后將環(huán)狀槽根部的過(guò)渡圓角半徑加工為0.8 mm，減少了此處的應(yīng)力集中，還可增加強(qiáng)度(圖3)。

圖3 改進(jìn)后活塞桿示意

對(duì)改進(jìn)后的活塞桿進(jìn)行強(qiáng)度校核，由式(1)推得式(2)：

(1)

(2)

[σ]=σb/1.4

(3)

式中：F——活塞桿上的作用力；

[σ]——活塞桿材料的許用應(yīng)力；

σb——抗拉極限；

1.4——安全系數(shù)[2]。

活塞桿的材質(zhì)為0Cr13，查GB/T 1220—2007得出抗拉極限為490 MPa，計(jì)算得出許用應(yīng)力為350 MPa，從而可算出直徑為8.0 mm的活塞桿可承受的力比直徑為7.8 mm時(shí)大了近900 N。

1.4 改進(jìn)效果

改進(jìn)后的活塞桿投入使用后，已連續(xù)運(yùn)行15個(gè)月，沒有發(fā)生斷裂事故，改進(jìn)效果良好，確保了穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)。

2 十字頭磨損

2.1 十字頭結(jié)構(gòu)

十字頭在其滑道內(nèi)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，具有導(dǎo)向作用。通過(guò)十字頭將做搖擺運(yùn)動(dòng)的連桿和做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿以鉸鏈的形式連接起來(lái)，并起著力的傳遞作用，因此，要求十字頭導(dǎo)向性能好、工作表面具有足夠的耐磨性能和承載性能。

該泵十字頭材質(zhì)為鑄造鋁合金，十字頭外表面與襯套內(nèi)表面均涂覆具有自潤(rùn)滑性能的石墨，兩者之間采用無(wú)油潤(rùn)滑模式。

2.2 故障情況

根據(jù)使用維護(hù)說(shuō)明，該泵運(yùn)行8 000 h后需對(duì)十字頭進(jìn)行檢查，如果十字頭磨損后與滑道間隙超過(guò)0.6 mm，則應(yīng)該更換十字頭。但運(yùn)行約6 000 h后，A泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)的敲擊聲明顯變大，于是對(duì)A泵解體檢查，經(jīng)測(cè)量十字頭磨損嚴(yán)重，其與滑道間隙已達(dá)0.9 mm，立即更換A泵十字頭。鑒于B泵與A泵的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間大致相當(dāng)，隨后對(duì)B泵進(jìn)行拆檢，B泵的十字頭與滑道的間隙也嚴(yán)重超標(biāo)，但此時(shí)已無(wú)備件可用，而從瑞士Cryomec公司采購(gòu)備件的時(shí)間周期最短為6個(gè)月，即此時(shí)整套空分裝置無(wú)備機(jī)，對(duì)裝置的穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成了威脅。

2.3 處理方案

為盡快修復(fù)十字頭、恢復(fù)設(shè)備安裝精度，對(duì)損壞的十字頭進(jìn)行修復(fù)處理，并對(duì)設(shè)備構(gòu)造進(jìn)行相應(yīng)改造(圖4)。

1.螺母 2.墊片 3.對(duì)開環(huán)塊 4.圓球 5.墊塊 6.機(jī)體 7.十字頭銷 8.連桿小頭軸承 9.十字頭 10.襯套 11.連桿 12.改造后外鑲的銅套 13.改造后十字頭表面的凹槽 14.增設(shè)的注油孔 15.沉頭螺釘

圖4 改造后十字頭示意

(1)將損壞的十字頭外表面進(jìn)行車削，在其外表面鑲1個(gè)銅套，然后打孔起絲，擰入固定螺釘將兩者固定為一個(gè)整體。

(2)打磨襯套內(nèi)表面，使其表面粗糙度、形狀精度達(dá)到裝配要求。

(3)依據(jù)滑道內(nèi)徑尺寸確定十字頭外圓尺寸，對(duì)十字頭外圓進(jìn)行加工，與滑道間配合選用H7/e8，表面粗糙度Ra為0.8(圖5)[3]。

(4)在十字頭外表面加工4道環(huán)狀儲(chǔ)油槽；安裝時(shí)，在外表面涂1層潤(rùn)滑脂，將十字頭與襯套間的無(wú)油潤(rùn)滑改為有油潤(rùn)滑，以減小兩者間的摩擦力(圖5)。

(5)在機(jī)體上加工1個(gè)M 8 mm×1 mm的螺孔并安裝黃油嘴，定期對(duì)十字頭部位補(bǔ)充油脂。

(6)修復(fù)投入使用后，增加巡檢頻次，對(duì)十字頭處的機(jī)殼溫度、機(jī)殼振動(dòng)、運(yùn)行嘈聲等進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)進(jìn)行處理。

2.4 改造效果

該設(shè)備重新投用后，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常、穩(wěn)定。連續(xù)運(yùn)行6個(gè)月后解體檢查，十字頭表面只有輕微磨損，十字頭與滑道間隙在設(shè)計(jì)要求指標(biāo)內(nèi)，因無(wú)備件而引起裝置停運(yùn)的威脅得以完全解除。

3 結(jié)語(yǔ)

化工行業(yè)的發(fā)展必須有先進(jìn)的設(shè)備作支撐，由于受國(guó)內(nèi)設(shè)備制造水平的限制，一些關(guān)鍵設(shè)備不可避免由國(guó)外引進(jìn)，如果技術(shù)和備件長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴，而且訂貨周期長(zhǎng)，生產(chǎn)急用件無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)解決，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)會(huì)受到嚴(yán)重制約。為此，利用往復(fù)式低溫泵的檢修機(jī)會(huì)，

圖5 改造后十字頭油道示意對(duì)活塞桿、十字頭、進(jìn)液閥、排液閥、十字頭銷、連桿、連桿軸承等零件進(jìn)行測(cè)繪，積累了第一手資料，在無(wú)進(jìn)口備件或進(jìn)口件不能及時(shí)到位時(shí)，可以自行加工國(guó)產(chǎn)零件，在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)生產(chǎn)，既能降低檢修、維修費(fèi)用，又能減少企業(yè)的損失。

[1] 《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》編寫組.往復(fù)泵設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[2] 錢錫俊，陳弘.泵和壓縮機(jī)[M].北京:石油大學(xué)出版社,1989.

[3] 《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》編寫組.機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

Technological Renovation of Transmission Mechanism of Imported Reciprocating Cryogenic Pump

CUI shuhai, DONG Lifeng

(Air Liquide 〔Cangzhou〕 Ltd., Co. Hebei Cangzhou 061113)

In connection with troubles in operation of reciprocating cryogenic pump produced by Swiss Cryomec Company, such as piston rod fracture, and crosshead wear out, a systemic analysis is carried out, by principle analysis and sum up of experiences, the technological renovation is carried out on the pump independently. After the renovation, the reciprocating cryogenic pump can run in long time and stably, foreign equipment and technology are absorbed in and transformed, realizing domestic repair and spare parts home made.

reciprocate cryogenic pump transmission mechanism technological renovation

崔書海(1974—)，男，大學(xué)本科，中級(jí)工程師；shuhai304@163.com。

TQ116.11

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1006- 7779(2016)06- 0051- 03

2014- 01- 12)