離心泵軸承組件的升級(jí)改造

前言

可靠性是在石油和天然氣應(yīng)用中運(yùn)行的（軸承）兩端支撐式高能離心泵的基本要求。為了優(yōu)化泵送系統(tǒng)，可以在計(jì)劃的維護(hù)間隔期間進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)和材料升級(jí)，以Z小的努力延長(zhǎng)故障間隔時(shí)間（MTBF）。在老舊的泵中，軸承組件是使泵現(xiàn)代化到當(dāng)前API標(biāo)準(zhǔn)并降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵。

泵故障和由此產(chǎn)生的計(jì)劃外停機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致維護(hù)成本升高，并因生產(chǎn)減少而損失收入。在許多情況下，這個(gè)問(wèn)題的根本原因隱藏在軸承箱的設(shè)計(jì)中。為了解決這個(gè)問(wèn)題，軸承組件改造在碳?xì)浠衔锛庸ば袠I(yè)中越來(lái)越普遍。這些改造消除了過(guò)時(shí)設(shè)計(jì)的已知故障模式，并可以滿(mǎn)足當(dāng)前API標(biāo)準(zhǔn)，從而顯著改善MTBF。

API 610第11版改造

離心泵軸承組件的改造，首先想到的是懸臂泵（OH1、OH2），由于成本相對(duì)較低且易于實(shí)施，這種泵很常見(jiàn)。然而，這些相同的原理也可以應(yīng)用于軸承兩端支撐式離心泵上，并獲得許多相同的好處。

通常，在API 610第7版（~1989年）之前制造的泵具有過(guò)時(shí)的軸承樣式、較差的冷卻能力、不足的潤(rùn)滑方法和鑄鐵結(jié)構(gòu)，使其成為很好的改造候選者。通過(guò)這些升級(jí)，操作員可以利用這樣一個(gè)事實(shí)，即泵殼、噴嘴位置和支腳位置將保持不變，同時(shí)將泵現(xiàn)代化為Z可靠和Z新的API設(shè)計(jì)。

這種主動(dòng)維護(hù)方法消除了已知的故障模式，從而大大降低了故障和計(jì)劃外停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。作為改造過(guò)程的一部分，軸承箱和所有相關(guān)部件都更換為API 610第11版軸承組件。

當(dāng)與OEM合作時(shí)，這些設(shè)計(jì)的軸承箱和內(nèi)部組件通常與新設(shè)備上提供的相同。

升級(jí)設(shè)計(jì)

采用更好的技術(shù)對(duì)新的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，確保當(dāng)前組件的使用壽命Z長(zhǎng)。此外，與當(dāng)前設(shè)計(jì)的泵具有互換性和通用性，可以減少庫(kù)存零件，從而減少整體庫(kù)存。庫(kù)存費(fèi)用的減少和使用壽命的延長(zhǎng)使這些改造成為較舊泵的一種成本效益選擇。

更換軸承組件時(shí)，應(yīng)采用復(fù)雜、精細(xì)的流程，因?yàn)楦脑爝^(guò)程需要考慮推力大小、負(fù)載、油路接口和轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。在升級(jí)過(guò)程中，新的軸承箱鑄件和新的泵軸構(gòu)成了長(zhǎng)交貨期選項(xiàng)。與泵專(zhuān)家合作時(shí)，通?？梢栽诒眠_(dá)到維修期限之前進(jìn)行升級(jí)，從而減少泵的總停機(jī)時(shí)間。

冷卻的改進(jìn)

現(xiàn)代軸承組件的一大優(yōu)勢(shì)是新箱體的先進(jìn)冷卻能力。設(shè)計(jì)中帶入了先進(jìn)的空氣冷卻功能，如箱體的全翅片幾何形狀、用于增加穿過(guò)箱體的氣流的較大外置風(fēng)扇和用于與周?chē)髿饨粨Q熱量的內(nèi)側(cè)風(fēng)扇。這些特性降低了軸承箱的溫度，延長(zhǎng)了軸承的使用壽命。

除了先進(jìn)的空氣冷卻，新組件通常使用更大的油池，以更有效地消除軸承的熱量。憑借更合理的供油方式和現(xiàn)代非金屬油環(huán)的應(yīng)用，油可以有效潤(rùn)滑軸承，同時(shí)帶走熱量，從而實(shí)現(xiàn)更低溫度的運(yùn)行。

此外，新的箱體設(shè)計(jì)考慮了油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)，并兼顧純油霧和吹洗油霧系統(tǒng)的規(guī)定，以適應(yīng)各種應(yīng)用。這樣可以更有效地將油霧分布到軸承上，以盡可能延長(zhǎng)軸承壽命。

隨著冷卻能力的提高，新軸承組件通常不需要冷卻水進(jìn)入箱體。這消除了通常鑄造到舊軸承箱上有問(wèn)題的冷卻水夾套，并消除了常見(jiàn)的故障模式、維護(hù)活動(dòng)和相關(guān)的公用事業(yè)成本。

圖1：鑄鐵法蘭的釬焊修復(fù)

碳鋼軸承箱

由于其具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格，鑄鐵是石油和天然氣應(yīng)用中較舊泵的常見(jiàn)軸承箱材料。然而，這種材料有其缺點(diǎn)，不符合當(dāng)前的API標(biāo)準(zhǔn)。API 610第6版開(kāi)始要求易燃或有毒環(huán)境中的軸承箱為鋼結(jié)構(gòu)；第11版將鋼結(jié)構(gòu)要求擴(kuò)展到除I-1和I-2材料分類(lèi)之外的所有服務(wù)。

鑄鐵軸承箱不可焊接修復(fù)，可能導(dǎo)致維護(hù)成本增加。需要維修的區(qū)域通常必須釬焊，但這并不總能帶來(lái)高質(zhì)量的維修。過(guò)大的軸承孔配合通常采用增加套筒或噴涂來(lái)修復(fù)，這需要額外的時(shí)間和費(fèi)用。此外，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)修復(fù)后，軸承箱法蘭用于鉆新定位銷(xiāo)的面積減少，零件的完整性通常會(huì)降低。

軸承組件改造使用符合API 610第11版的新型碳鋼軸承箱。這意味著可以對(duì)箱體進(jìn)行焊接修復(fù)，并將其機(jī)加工回原始OEM規(guī)格，從而提供與新產(chǎn)品一樣的替代品。減少的維修成本可以在幾次重復(fù)修復(fù)中收回Z初的改造成本。一些OEM泵供應(yīng)商備有這些升級(jí)后的組件，因此可以在計(jì)劃外停機(jī)期間進(jìn)行升級(jí)。

狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

自從早期制造的許多API泵以來(lái)，監(jiān)測(cè)儀器儀表已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。特別是隨著數(shù)字化及人工智能的快速發(fā)展和普及，新的無(wú)線監(jiān)測(cè)傳感器應(yīng)運(yùn)而生，而這些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在安裝現(xiàn)代傳感器時(shí)通常是一個(gè)挑戰(zhàn)。

軸承組件的改造包括用于安裝徑向和推力軸承振動(dòng)探頭的凸臺(tái)，以提高資產(chǎn)監(jiān)控能力。軸向探頭和鍵相器是配備先進(jìn)分析系統(tǒng)的泵的標(biāo)準(zhǔn)配置。

圖2：維修后嵌有套筒的箱體孔

用于測(cè)量球軸承表面溫度的新型軸承金屬電阻溫度檢測(cè)（RTD），可以接近軸承外圈3 mm，從而可以更好地確定實(shí)際軸承溫度?？梢栽谟统刂邪惭bRTD以確定油溫?？傊?，這些RTD有助于確定預(yù)防性維護(hù)間隔，并提供關(guān)于機(jī)械健康狀況的見(jiàn)解。

升級(jí)軸承箱密封

防止污染物進(jìn)入泵軸承對(duì)延長(zhǎng)其使用壽命至關(guān)重要。較舊的泵型號(hào)在唇形密封或?qū)Я靼逶O(shè)計(jì)上是標(biāo)準(zhǔn)化的。軸承組件改造包括符合API 610第11版要求的現(xiàn)代軸承隔離器。這些隔離器消除了漏油，同時(shí)防止污垢和水分進(jìn)入軸承箱。

軸承設(shè)計(jì)

改造項(xiàng)目為分析泵的需求和解決性能中反復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題提供了機(jī)會(huì)。在改造過(guò)程中，考慮了泵的所有部件。通常，可以通過(guò)縮短軸承跨距和增加機(jī)械密封面及軸承處的軸直徑來(lái)提高轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)剛度。這些改進(jìn)為提高機(jī)械密封壽命和減少整體振動(dòng)提供了機(jī)會(huì)。

較舊的1.0的徑向滑動(dòng)軸承的長(zhǎng)徑比（軸承長(zhǎng)度/軸承直徑，即L/D）更新為新的0.75的長(zhǎng)徑比，以進(jìn)一步增加轉(zhuǎn)子阻尼。雙列推力軸承布置升級(jí)為成對(duì)安裝（兩個(gè)單列）背靠背布置、40度角接觸球軸承（7000系列）。同時(shí)，將原塑料保持架升級(jí)為黃銅（金屬）保持架，以延長(zhǎng)軸承的使用壽命。

高溫應(yīng)用可以考慮采用整圈法蘭連接的軸承架，以增加其剛性、并減少殼體的熱傳導(dǎo)?？傊?，這些改造/改進(jìn)有可能對(duì)泵的可靠性和性能產(chǎn)生重大的影響。在石油和天然氣行業(yè)，泵的運(yùn)行參數(shù)在其使用期間可能會(huì)發(fā)生變化，改造項(xiàng)目提供了評(píng)估其它改進(jìn)的機(jī)會(huì)。由于優(yōu)化了設(shè)計(jì)，提高了可靠性，這些將有助于降低運(yùn)行成本。

（來(lái)源：機(jī)泵與軸承）