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石化装置立式长轴泵的选用与设计

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  • 发布时间:2017-04-12
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的单根轴或多根轴组成的串联轴系,它具有耐用、节能效率高、汽蚀性能好、占用空间孝启动前不需要灌泵等优点,在石化装置中多用于输送含有氧化铁皮、泥沙颗粒、油污的循环水或污水,使用介质温度小于 80℃,液固混合物中固体颗粒的体积含量不超过 10%1 J.尽管立式长轴泵是-种定型产品,其设计理论比较成熟,但也会由于接轴部件及导轴承的选用不当,或者在安装及制造中存在着偏差,而导致泵轴在运行中发生振动,若振动严重超标,不仅会造成噪音大,而且能严重损坏零部件并导致设备的破坏.本文从泵接轴结构分析、滑动轴承及其材料选择、冲洗管线设置、安装和制造质量等方面对立式长轴泵的选用和设计进行分析,为合理选用立式长轴泵提供借鉴。

1 立式长轴泵结构立式长轴泵的结构如图 1所示,主要由电机、联轴器、底座、接轴部件、泵轴(包括电机轴、叶轮轴和中间轴)、支承管、出口管、冲洗管、泵体、泵盖、叶轮、滤网等组成。

电机联轴器出口管底座外冲洗管自冲洗管接轴部件支承管泵轴泵盖叶轮泵体滤网图 1 立式 长轴泵结 构简图Fig.1 Structure diagram of the veical long shaft pump根据工艺装置的要求,泵具有不同的插入深度以适应不同的吸上高度,而最大深度高达十几米,因此,采用-根轴是不现实的,必须由几根轴通过接轴部件进行联接。

收稿日期: 2012-04-24作者简介: 张国钊(1979-),男,山东济宁人 ,工程师,硕士,主要从事石油化工行业转动设备的工程设计和研究工作第 4期 张国钊:石化装置立式长轴泵的选用与设计 351接轴的方法 。I6 很多,常用的接轴结构有套筒2 接轴部件结构分析 式、夹壳式和锥套式.各种接轴部件的结构及特接轴设计是立式长轴泵轴系设计的重要组 点见表 1所示-成部分.其作用是连接上下两轴,实现扭矩传递。

表 1 接轴部件的结构及特点Table 1 Structure and characteristics of shaft connection接轴方式 接轴结构示意图 结构明细 优点 难点1 1 2. 3 4 2. 5. 1.紧定螺钉 刚性较好,结构 为了控制轴系的同轴度及 l/J , f , / 。 士h 甘 , 帚 , 1J(. 凡 - 3.套筒 靠,运 行稳定 、 度要求高;零件的配合问 0T J鞘式 l- 4.定位环 拆装方便等. 隙较小,输送不洁物料时, 蚰 由 晤曲m肓r自 搂 l 厂 -川. H . 州耻 1防町 箬 凼 雌 。

. l2 I. 1.f.f 1.螺栓 连接刚性好,定 零件质量较大,使用前应进2.键 位精度高,拆装 行平衡检验,去 除偏 心质夹壳式 . 3.夹壳 方便等. 量;零件装配后原有的组件 ~ 4定位环 平衡精度可能会发生偏移.衔 5.轴f 7 I I f5f 警. 键 、.往l 摹 等 擘 磐 .、b 玎耦 日蔫 2.外 锥 其 精 J蔓尚 ,口J罪 性 寸公 差 、彤 位 公 差 ,寺 精 度 妥 锥套式 i:霉 箬 姜篓 笺、 、 了- - 套筒式接轴结构通过键传递扭矩,分半式结构的定位环和上、下接轴进行配合,实现两轴定位,承担轴向载荷.当输送不洁或易结晶介质时,由于介质的进入可能造成维修时套筒拆卸困难,故此条件下应谨慎使用.夹壳式接轴结构与套筒式接轴结构类似,均以键传递扭矩,区别在于套筒式接轴结构的套筒为整体结构,而夹壳式接轴结构的联轴套是两个分半的夹壳,用螺栓进行联接.由于零件装配后原有的组件平衡精度可能会发生偏移,泵高速旋转情况下需加以注意.锥套式接轴结构使用键传递扭矩,轴的径向和轴向定位均通过内锥套来实现.在外锥套端面加工有与内锥套通孔对应的螺纹孔.装配时鹏螺栓,使外锥套挤压内锥套,内锥套压紧上、下接轴的轴颈,从而实现径向定位-, 。

不同的接轴结构有不同的优缺点,在应用中,应根据实际情况,对各种接轴结构综合分析,以选出最合理、最经济的结构。

分径向载荷,限制轴系的径向自由度,减小泵的振动和机械损失.据统计,93%的立式长轴泵故障是滑动轴承过度磨损造成的.滑动轴承磨损后,轴承问隙放大,直接导致叶轮和泵体密封环发生对磨 ,使转子轴系不平衡量增大,轴挠性变大甚至弯曲,振动、噪声超标,叶轮口环发生研磨,最终泵发生故障 I9 J.因此,滑动轴承是立式长轴泵可靠性和运行寿命的主要控制因素。

立式长轴泵的导轴承通常使用多个间隔的滑动轴承.按润滑液的不同,滑动轴承分为油润滑轴承和水润滑轴承.油润滑轴承虽具有承载力高、可靠性高、运行寿命长等优点,但造价高,运行维护较麻烦 ,需耗费大量油料和贵重有色金属.随着对水润滑轴承的不断研究,水润滑轴承的优越性得到了更多的体现,且水具有无污染、来源广泛、安全、难燃等特性,油润滑轴承将会逐渐被水润滑轴承取代 。

3.1 滑动轴承间距的布置3 立式长轴泵导轴承的选用 合理选择滑动轴承之间的距离,对设备的可滑动轴承承担泵在运转过程中产生的大部 靠运行至关重要.如果此距离过大,会造成泵运352 沈 阳 化 工 大 学 学 报行不平稳、振动大、噪声大等问题;若此距离过小,轴的支撑点设置就会增多,径向滑动轴承的数量就要增多.由于安装偏差或制造偏差,往往装配后可能出现盘车困难,偏磨损严重.虽然有些研究学者根据实践总结出-套计算轴承间距的方法 j,但由于轴承支撑刚度难以计算准确,工程中通常按照标准 API610中的图32l 来确定滑动轴承之间的距离。

3.2 滑动轴承材料的选用水润滑滑动轴承的材料很多,如铁梨木、塑料 、赛龙、弹塑瓦、橡胶、陶瓷、石墨等,其性能和使用效果不- 1 .陶瓷、石墨是适用较广的立式长轴泵滑动轴承制作材料。

典型的陶瓷材料是碳化硅,它具有硬度高、耐磨性好、耐腐蚀、抗氧化以及高温蠕变小等优点.在石化装置,污水中通常含有固体颗粒,这些颗粒会随着污水进入立式泵滑动轴承的间隙,使轴承产生严重的磨粒磨损,缩短轴承的使用寿命.含砂水磨实验表明,碳化硅摩擦副在砂水润滑条件下的摩擦因数较低,约为0.05~0.13,磨损量是石墨、橡胶、青铜等材料无法比拟的,表明碳化硅轴承对固体颗粒物的磨粒磨损有较好的适应性 .但碳化硅的热膨胀系数较小,高温条件下,由于膨胀不均,碳化硅材料的轴套和轴衬会同与之配合的金属件间发生严重的松脱和胀紧现象,严重时轴套会被胀裂,轴承失去功能。

石墨具有自润滑性、力学性能及加工特性良好的特点,因而石墨轴承在清洁介质条件下得到了广泛应用.石墨种类较多,工程应用效果较好的是浸渍石墨.浸渍石墨是以纯石墨为基体,通过浸渍某种材料填充基体空隙来改善石墨的力学性能.立式长轴泵轴承使用较多的石墨材料是呋喃石墨、酚醛石墨.呋喃石墨的抗酸性和抗碱性比较优越,抗腐蚀能力较强;酚醛石墨的抗酸性较好,抗碱性稍差 J.石墨轴承耐磨粒磨损的能力较差,应避免固体颗粒物进入轴承。

用于污染雨水池、含油污水池、生活污水池中的立式长轴泵,若过滤装置能够保证介质中的固体颗粒无法进入泵中,则可选用石墨作为泵滑动轴承的材料,煤化工装置中的立式硫磺泵的滑动轴承也常采用石墨材料制作.若介质中的固体颗粒无法过滤干净,就只能选用耐磨性较好的碳化硅作为轴承材料,以防止颗柳入滑动轴承而损坏轴承。

3.3 冲洗管线的设置立式长轴泵在运转过程中,滑动轴承和轴套摩擦会产生大量的热,必须对滑动轴承进行充分的冷却和润滑.立式长轴泵通常有两种冲洗方式:自冲洗和外冲洗(见图 1).当输送介质不含固体颗粒时可采用自冲洗方式,它是用被输送的清洁介质作为冲洗液,由泵出口管引出,经竖直向上的冲洗管路引向各个滑动轴承润滑孔,进而对滑动轴承进行冷却和润滑.但自冲洗会分流部分出口流量,为了满足工艺要求的出口流量,必须在大于额定点的流量外运转,因此扬程有所降低,效率降低.如果介质中含有固体颗粒,必须采用外冲洗方式,外冲洗方式通常用引自系统外的清洁水作为冲洗液。

滑动轴承的冷却和润滑系统分为串联供水系统和并联供水系统.串联供水系统是从泵上部填料函处接人冲洗液,顺支承管内依次往下流入到最后-个导轴承,最后从叶轮平衡孔或支承管的溢流口流出.冷却和润滑路线较长,冲洗液到达最后-个导轴承时,水温已上升较高,其冷却和润滑效果不好.所以,最好采取并联供水的方式(如图1),对每个轴承单独供水,确保冷却和润滑效果。

正确计算或选择冲洗液的压力和流量可确保滑动轴承的良好润滑.过大的冷却和润滑量可以满足滑动轴承工作的需要,但要牺牲泵的容积效率;过小冷却和润滑量则会引起滑动轴承异常的磨损和温升,摩擦面被迅速地破坏,轴系的支承作用降低,其后果是滑动轴承损坏,轴挠性变大甚至弯曲,最终泵发生故障.通常冲洗液的压力为 0.2~0.4 MPa,流量为0.3~0.6 m /h 。

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