辛庚嘉，張連崗，王學(xué)斌

（1.陽谷祥光銅業(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氣?，F(xiàn)場裝機量12 臺，其中每3 臺真空泵組成一套真空機組，工作壓力在+35～-70 kPa，其運行為變負荷狀態(tài)。

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

2 軸承日常故障及維護

水環(huán)式真空泵在運行中由于系統(tǒng)負荷變載，軸承在使用中也存在變負荷運行，使用壽命參差不齊。12 臺真空泵軸承中，驅(qū)動軸承的平均使用壽命為15 個月，后軸承的平均使用壽命為9個月，其運行中的故障和劣化也不盡相同，最為突出的為軸承偏載運行后的滾珠點蝕和軸承軸頸磨損下的內(nèi)圈開裂。綜合考量其變負荷運行，設(shè)計缺陷，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；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。軸承維護問題現(xiàn)狀：①軸承安裝精度和安裝時軸承座與軸承的清潔度需要進一步加強和保證；②軸承座存在部分磨損；③鍍軸的技術(shù)水準有待進一步提高；④對于雙排圓錐滾子軸承的裝配中，現(xiàn)場不具備冷裝條件，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滑脂、軸承更換、必要的鍍軸和軸承座更換等。目前對待真空泵軸承的振動劣化維護中，主要是以添加潤滑脂后加強點檢，運行依然高振動后選擇更換。

（1）對策執(zhí)行：收集其他品牌同型號軸承相關(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)測繪；前后軸端軸頸的同心度檢測的可行性。

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

（3）技術(shù)改進：軸承替代型號的選取與關(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)量嚴格把控，優(yōu)化葉輪側(cè)隙調(diào)配執(zhí)行；嚴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)量鈣基潤滑脂，通過維護保養(yǎng)查看運行效果。在潤滑脂的外循環(huán)與更換、運維壽命的優(yōu)化與規(guī)范、工裝的設(shè)計與完善等層面開展。并增設(shè)濃油泵，改進軸承座或兩側(cè)端蓋，促使?jié)櫥耐獠孔匝h(huán)。

2.3 設(shè)備工藝運行優(yōu)化

設(shè)備工藝運行優(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，防止電機溫度過高；④真空泵正常運行后，應(yīng)拆檢軸承和端面動環(huán)的磨損情況，并更換易損件。期間注重對于填料密封的選用與周期調(diào)整維護，其中填料密封的選取，以水基耐磨填料為主，避免為達到過度密封的效果，增加填料匝數(shù)；⑤對于輸送液為易沉淀結(jié)晶的介質(zhì)，使用后應(yīng)及時清洗、排凈泵內(nèi)積液，對于真空泵腔體的水溝也應(yīng)周期開展循環(huán)清理維護，避免背板及其葉片的磨損；⑥因為真空泵軸承的冷卻和潤滑是靠被輸送的介質(zhì)，所以絕對禁止空運轉(zhuǎn)，同時避免在工作中途停電后再啟動時所造成的空載運轉(zhuǎn)。

3 軸承故障與安裝規(guī)范

在測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行時間的節(jié)點上，這對于日常點檢有著十分重要的參考價值。綜合現(xiàn)有更換周期記錄，軸承使用壽命為18～24 個月的占比20%。在日常維護中需要加強保養(yǎng)，以應(yīng)對軸端的異樣磨損現(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。對于切割器拆除方式，因操作期間容易對軸肩造成損傷，除必要情況外，應(yīng)減少改方案執(zhí)行。無論采用何種方式，都要確保對軸頸、軸承座內(nèi)孔、軸肩端面、備母螺紋等各重點部位的防護，確保安裝復(fù)位過程中的精度。

3.1.1 軸徑檢測

首先使用丙酮或者無水乙醇對軸徑進行清理，使用外徑千分尺對軸徑內(nèi)側(cè)、外側(cè)、軸向、徑向進行數(shù)據(jù)測量（至少2 組數(shù)據(jù)）。確認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，需要進行鍍軸或高點打磨。檢查軸與軸承的配合面是否有磨損，清理軸徑上的油污，使用螺旋測微器進行測量（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 時優(yōu)先選用高分子材料刷鍍）。

3.1.2 軸肩定位檢測

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

3.1.3 磨損分析

軸頸以及軸肩位置出現(xiàn)磨損，原因是運行劣化和變負荷工況下的劣化。

（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)致運行過程中出現(xiàn)配合間隙，軸承與軸表面產(chǎn)生相對運動，短時間之內(nèi)便可造成軸或軸承室的嚴重磨損。

（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，在真空泵的重載沖擊下會造成軸承與轉(zhuǎn)子軸存在間隙。

（3）維修維護：維修維護不及時、不規(guī)范，軸承潤滑不足，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而磨損。

3.1.4 鍍軸

（1）補焊機加工法：對泵軸進行補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）刷鍍和噴涂再機加工法：基本滿足需求，對檢修人員、現(xiàn)場質(zhì)量控制要求高，修復(fù)周期長、費用高，因修補的材料是金屬材料，存在一定化學(xué)污染。

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

3.1.5 軸承游隙檢測

軸承平放在檢測平臺，用壓板壓實，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，使用高度尺測量軸承高度h1；取出軸承中間環(huán)，壓板壓實軸承，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，測量軸承高度h2；得軸承實際游隙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)首先使用煤油對其進行清洗，然后用干凈面紗擦拭干凈。現(xiàn)場使用軸承加熱器，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，涂抹潤滑脂（鋰基潤滑脂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滑脂，一方面用于冷卻，其次用于潤滑；②安裝中間擋環(huán)，軸承外圈，在安裝外圈時，使用煤油或清洗劑對其內(nèi)孔進行清理，擦拭干凈后，均勻涂抹潤滑脂，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，并做好備母安裝準備；④當(dāng)備母緊固與軸承接觸時，一邊盤動軸承外圈、一邊測量軸承游隙，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，通過盤動軸承外圈，添加潤滑脂。另外，對備母進行二次緊固，完全緊固后安裝頂絲并鎖緊。

3.1.8 填充潤滑脂

填充潤滑脂時不允許佩戴手套，需保持雙手清潔。填充量以軸承外圈轉(zhuǎn)動時有潤滑脂溢出為標準。在泵體完全恢復(fù)后，使用加油機對其補充潤滑脂。取放軸承時，也必須保證現(xiàn)場環(huán)境和工具、護品的清潔。

4 軸承運行分析

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、潤滑脂的補充、變負荷運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)動端臨近減速機，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)動端拆裝耗時長，存在滯后更換情況，導(dǎo)致驅(qū)動端軸頸大多磨損要鍍軸處理。其主要劣化表現(xiàn)為：偏載、點蝕、內(nèi)排偏載、外圈開裂、滾珠點蝕。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，需要對其間隙進行調(diào)整：軸承裝配到位后，優(yōu)先通過百分表測定其軸承外圈游隙。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。運行一段時間后，要對設(shè)備對中情況進行檢查，視情況進行修正調(diào)整。

5 結(jié)語

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