邢智(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

0 引言

當(dāng)前，螺桿泵在石油化工領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，涉及到液體流動(dòng)的問題，都會(huì)利用螺桿泵完成作業(yè)。近幾年來，隨著現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展水平不斷提升，螺桿泵的應(yīng)用范圍和適用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大[1]。但將螺桿泵應(yīng)用于實(shí)際石油化工作業(yè)當(dāng)中時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間還未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，便出現(xiàn)了軸承燒毀現(xiàn)象。同時(shí)，在螺桿泵使用過程中，由于潤滑脂量的存在影響導(dǎo)致螺桿泵軸承燒毀。因此，對螺桿泵軸承燒毀的原因分析中，潤滑脂殘留量是其中關(guān)鍵。需要對螺桿泵軸承內(nèi)部的滑脂殘留量進(jìn)行控制和調(diào)整，降低螺桿泵軸承燒毀出現(xiàn)的概率具有重要意義[2]。為此，該領(lǐng)域研究者對其進(jìn)行了很多研究，并取得了一定成果。

文獻(xiàn)[3]提出設(shè)計(jì)一種新的耐高溫自潤滑耐磨低速滾動(dòng)軸承，用于螺桿泵中。設(shè)計(jì)的新型滾動(dòng)軸承中考慮了高溫潤滑脂對軸承的性能影響。該文章分析了低速滾動(dòng)的軸承在運(yùn)行中，潤滑脂被甩出后軸承的潤滑作用下降的原因。并在此基礎(chǔ)上，將軸承運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行改善，合理設(shè)置軸承中潤滑脂的儲(chǔ)存量，提升了軸承滾動(dòng)的效果。該文設(shè)計(jì)的自潤滑耐磨低速滾動(dòng)軸承可在高溫環(huán)境下良好的運(yùn)行，但長時(shí)間的運(yùn)行中潤滑脂的量調(diào)控存在一定局限。

基于此，本文為降低螺桿泵軸承燒毀的概率，確保其能夠具備更高質(zhì)量運(yùn)行。本文以某部門新裝螺桿泵P151為例，針對其斷裂問題進(jìn)行研究。P151螺桿泵是新裝設(shè)備，軸承燒毀的主要表現(xiàn)在保持架的扭曲斷裂。通過分析保持架的結(jié)構(gòu)形式是否適用潤滑脂環(huán)境，軸承是否在運(yùn)行時(shí)期超越承載能力運(yùn)行以及軸承是否來自正規(guī)貨源，完成螺桿泵軸承燒毀與潤滑脂殘留量關(guān)系分析。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對象

本文選擇以某部門新裝螺桿泵P151為例，P151螺桿泵是新裝設(shè)備，將其作為實(shí)驗(yàn)對象，針對該螺桿泵在實(shí)際應(yīng)用中的具體情況以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，找出影響其出現(xiàn)燒毀現(xiàn)象的重要影響因素。分析該設(shè)備保持架結(jié)構(gòu)形式是否適用潤滑脂環(huán)境，軸承是否在運(yùn)行時(shí)期超越承載能力運(yùn)行以及軸承是否來自正規(guī)貨源。P151螺旋泵轉(zhuǎn)速可達(dá)4 000 r/min，流量為25 m3/h，揚(yáng)程為65 m，電機(jī)功率為7.5 kW，汽蝕余量為3.5 m，效率為62%，工作介質(zhì)為清水與潤滑脂。

1.2 材料與設(shè)備

實(shí)驗(yàn)過程中所需的材料主要為用于對P151螺桿泵軸承潤滑的潤滑脂，本文選用CG-452型號(hào)合成潤滑脂，該型號(hào)潤滑脂在實(shí)際應(yīng)用中具備良好的耐熱性和耐磨損性能。因此，能夠確保在實(shí)驗(yàn)過程中不會(huì)由于潤滑脂性能問題而造成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾[4]。實(shí)驗(yàn)過程中需要利用計(jì)時(shí)器對螺桿泵的旋轉(zhuǎn)時(shí)間進(jìn)行記錄，采用SJF49-9522型號(hào)單片機(jī)計(jì)時(shí)器。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

利用上述選擇的材料和設(shè)備，實(shí)驗(yàn)過程中，在P151螺桿泵的63052RZ球軸承上利用兩面帶非接觸式橡膠進(jìn)行密封，將轉(zhuǎn)速設(shè)置為3 600 r/min，徑向負(fù)荷設(shè)置為9 N，保證周圍環(huán)境溫度為60 ℃的情況下完成實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，為防止旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)磨損問題，影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇稠度為275 mm2/s(40 ℃)的潤滑脂對螺桿泵進(jìn)行潤滑。在螺桿泵正常工作環(huán)境當(dāng)中，另P151螺桿泵開始運(yùn)行，并在其運(yùn)行過程中觀察P151螺桿泵軸承保持架的變化情況[5]。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中，分別設(shè)置1 h、5 h、22 h、100 h和1 000 h，共五種不同旋轉(zhuǎn)時(shí)間，觀察在不同旋轉(zhuǎn)時(shí)間條件下P151螺桿泵潤滑脂殘存量，為后續(xù)對潤滑脂殘存量與螺桿泵軸承燒毀之間的關(guān)系分析提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。分別在P151螺桿泵不同位置上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，對其變化情況進(jìn)行監(jiān)測。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

結(jié)合上述實(shí)驗(yàn)方法，在完成實(shí)驗(yàn)后，將相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)P151螺桿泵出現(xiàn)前端軸承箱冒煙故障。由于該泵為新安裝設(shè)備，且首次運(yùn)行不足1小時(shí)即出現(xiàn)軸承燒毀的現(xiàn)象，屬于非正常現(xiàn)象，遂對此進(jìn)行分析[7]。在拆卸過程中，軸承表面幾乎沒有殘留潤滑脂，潤滑脂大都在軸承箱壓蓋上和后端骨架密封處殘留，從殘留量和旋轉(zhuǎn)時(shí)間上來分析，潤滑脂在運(yùn)行前滿足標(biāo)準(zhǔn)。

在對該螺桿泵進(jìn)行檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，前端軸承燒毀，保持架扭曲且斷裂，如圖1所示。

圖1 螺桿泵軸承保持架斷裂圖

從圖1螺桿泵軸承保持架斷裂圖可以看出，將燒毀軸承拆除，發(fā)現(xiàn)保持架斷裂脫落，軸承滾珠已經(jīng)全部掉落；檢查發(fā)現(xiàn)保持架斷裂的位置均發(fā)生在保持架自身的淺槽位置，如圖2 所示。

圖2 保持架淺槽位置

根據(jù)上述得到的螺桿泵軸承保持架斷裂結(jié)果，本文在實(shí)驗(yàn)過程中記錄不同旋轉(zhuǎn)時(shí)間條件下潤滑脂殘存量，相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 旋轉(zhuǎn)時(shí)間和潤滑脂殘存量關(guān)系表 單位：%

表1 中P1表示為初次填充量為17%時(shí)的潤滑脂殘存量；P2表示為初次填充量為35%時(shí)的潤滑脂殘存量；P3表示為初次填充量為50%時(shí)的潤滑脂殘存量；P4表示為初次填充量為100%時(shí)的潤滑脂殘存量。

針對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析得出，實(shí)驗(yàn)中潤滑脂殘存量以及初次的填充量均為合理范圍之內(nèi)，在不同旋轉(zhuǎn)時(shí)間的測量后發(fā)現(xiàn)，保持P151螺桿泵軸承正常運(yùn)行需要將軸承中潤滑脂殘存量保持在該范圍之內(nèi)，這樣可以降低P151螺桿泵軸承出現(xiàn)燒毀的概率，演唱螺桿泵軸承使用的壽命。與此之外，可能導(dǎo)致軸承保持架損壞的原因還包括以下六點(diǎn)：

第一，保持架扭曲斷裂是軸承潤滑不良導(dǎo)致；第二，保持架扭曲斷裂是保持架超負(fù)荷導(dǎo)致；第三，螺桿泵軸承結(jié)構(gòu)上清潔度沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，并且在軸承箱內(nèi)部沒有形成良好的密封空間，存在大量粉塵進(jìn)入到軸承內(nèi)部，導(dǎo)致保持架與滾動(dòng)體的磨損進(jìn)一步加劇，進(jìn)而造成保持架損壞；第四，安裝問題，軸承在安裝時(shí)不正確；第五，聯(lián)軸器不對稱導(dǎo)致；第六，軸承本身存在質(zhì)量問題。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

為進(jìn)一步驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果的原因是否正確，本文將針對上述六種不同現(xiàn)象進(jìn)行分析。首先針對第一論點(diǎn)，保持架扭曲斷裂是軸承潤滑不良導(dǎo)致進(jìn)行分析：潤滑脂潤滑不良分兩點(diǎn)：一是設(shè)備出廠時(shí)潤滑脂添加量不足；二是實(shí)際工作時(shí)潤滑脂沒有起到潤滑作用。在拆卸過程中，軸承表面幾乎沒有殘留潤滑脂，潤滑脂大都在軸承箱壓蓋上和后端骨架密封處殘留，從殘留量和旋轉(zhuǎn)時(shí)間上來分析。結(jié)合上述表1中的內(nèi)容，潤滑脂在運(yùn)行前應(yīng)該滿足標(biāo)準(zhǔn)。再根據(jù)軸承型號(hào)3316 A，取來相同型號(hào)相同廠家的3316A軸承，發(fā)現(xiàn)其保持架的形式存在區(qū)別，舊軸承的保持架為浪型保持架，而新軸承的保持架為框式保持架。由于潤滑脂在應(yīng)用到螺桿泵當(dāng)中由于慣性作用被甩出軸承。因此，在旋轉(zhuǎn)的過程中僅僅能夠依靠殘存在保持架橫條結(jié)構(gòu)上的潤滑脂起到潤滑作用。殘留在橫條上的潤滑脂，由于受到保持架的剪切作用，析出潤滑油，對滾珠進(jìn)行潤滑。而影響潤滑油析出的主要因素包括：速度、溫度、工作時(shí)間潤滑脂的剪切力、潤滑脂的黏著力(對保持架)、以及保持架的設(shè)計(jì)。圖3為潤滑脂工作原理示意圖。

圖3 潤滑脂工作原理示意圖

從兩者保持架的結(jié)構(gòu)區(qū)別來分析：浪型保持架在滾珠旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于橫條較短，與滾珠配合緊密，容易隨著滾珠甩出，導(dǎo)致潤滑脂得不到循環(huán)，開始形成的油膜消失后，潤滑脂得不到剪切力作用，析不出潤滑油，滾珠得不到好的潤滑，滾珠與滾道產(chǎn)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量由于缺少有效潤滑脂，導(dǎo)致軸承溫度升高，而框式保持架在軸承運(yùn)行時(shí)，不會(huì)將潤滑脂全部擠出軸承，框式的設(shè)計(jì)，使橫條上保有一部分潤滑脂，保證了軸承在正常運(yùn)行中，始終存在潤滑脂。從兩者保持架的材質(zhì)分析：新軸承保持架的材質(zhì)為尼龍，損壞軸承保持架的材質(zhì)為鋼，鋼保持架運(yùn)行溫度較高，有較好的防振抗加速性能，但是對于不良潤滑比較敏感；尼龍保持架具有良好的滑動(dòng)性和自潤滑性，軸承溫升小等特點(diǎn)，但使用溫度受限不能超過120 ℃，設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)軸承溫度在45～50 ℃。

從以上兩點(diǎn)來分析，浪型保持架在結(jié)構(gòu)上無法使?jié)櫥h(huán)起來，軸承運(yùn)行時(shí)，由于潤滑脂的擠出，潤滑量不足，再加上鋼保持架對于不良潤滑敏感是造成軸承燒毀的原因之一。

其次，針對第二論點(diǎn)，保持架扭曲斷裂是保持架超負(fù)荷導(dǎo)致：導(dǎo)致保持架斷裂的原因主要為保持架所受負(fù)荷超過保持架可以承受的范圍。從保持架上明顯的淺槽可以看出，在軸承使用時(shí)，該處容易集中應(yīng)力，且從損壞的軸承保持架也可以看出，斷裂均發(fā)生在該處。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，舊軸承當(dāng)中存在裝球缺口，該螺桿泵與沒有裝球缺口的螺桿泵軸承相比能夠增加一個(gè)滾珠，因此進(jìn)一步加大了螺桿泵軸承的承載能力。同時(shí)，由于該設(shè)備是雙吸雙螺桿泵，軸向力相對比較小，但實(shí)際泵啟動(dòng)時(shí)，可能介質(zhì)中存在部分氣體或者兩臺(tái)泵同時(shí)啟動(dòng)存在搶量現(xiàn)象，存有部分軸向力，但起泵階段的軸承負(fù)荷應(yīng)在軸承可以承受的范圍內(nèi)，不作為導(dǎo)致軸承燒毀的主要因素。

再次，針對第三論點(diǎn)，有雜質(zhì)進(jìn)入軸承即破壞了油膜，導(dǎo)致保持架和軸承加速磨損。從結(jié)構(gòu)上分析：軸承箱后端由骨架油封作為密封，前端有軸承壓蓋，加之軸承箱內(nèi)有潤滑脂的填充，雜質(zhì)不容易進(jìn)入軸承箱即時(shí)進(jìn)入，油膜的破壞和軸承的磨損也不足以使之運(yùn)行不足1小時(shí)候出現(xiàn)嚴(yán)重的燒毀，因此判斷雜質(zhì)進(jìn)入軸承的影響因素可以暫時(shí)忽略。圖4為油膜破壞原理示意圖。

圖4 油膜破壞原理示意圖

根據(jù)論點(diǎn)四、五在解體檢修時(shí)，經(jīng)過復(fù)查沒有發(fā)現(xiàn)明顯的安裝問題。最后，針對第六個(gè)論點(diǎn)，軸承本身存在質(zhì)量問題進(jìn)行分析：軸承包裝盒上的標(biāo)識(shí)204D，D代表該軸承為2007年生產(chǎn)，距2019年近13年，該軸承存放時(shí)間較久。根據(jù)軸承的儲(chǔ)存與防銹規(guī)范得知，軸承內(nèi)包裝的防腐期有短期，一般和長期之分，其中長期的包裝為2年，與13年相距較大，該軸承在存放期間的保養(yǎng)不得而知，在設(shè)備出廠時(shí)軸承可能存在缺陷。另外，從螺桿泵軸承內(nèi)部設(shè)置的多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)可以看出，螺桿泵軸承內(nèi)部燒毀中，由于各點(diǎn)處所殘存的潤滑脂量不相同，且各點(diǎn)出油膜破壞程度也不同，這樣直接導(dǎo)致了螺桿泵軸承內(nèi)部出現(xiàn)了不同程度的裂紋，久而久之導(dǎo)致螺桿泵軸承發(fā)生燒毀。因此，說明了螺桿泵軸承內(nèi)部潤滑脂殘存量對P151螺桿泵的保護(hù)和運(yùn)行具有重要影響。

4 結(jié)語

本文通過上述論述，完成對螺桿泵軸承與潤滑脂殘留量關(guān)系分析，以此來提升螺桿泵軸承的使用壽命。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過程中的相關(guān)結(jié)果表明，螺桿泵軸承內(nèi)部潤滑脂殘留量是導(dǎo)致螺桿泵軸承燒毀的重要原因，將螺桿泵軸承內(nèi)部潤滑脂殘留量根據(jù)一定比例進(jìn)行合理調(diào)整，是保持螺桿泵軸承壽命的重要因素。因此，螺桿泵軸承在日常的維護(hù)與管理中需要多多關(guān)注潤滑脂的潤滑環(huán)境，降低螺桿泵軸承燒毀出現(xiàn)頻率。