進口往復式低溫泵傳動機構(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)

進口往復式低溫泵傳動機構(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)

對瑞士Cryomec公司生產(chǎn)的往復式低溫泵在運行過程中出現(xiàn)的活塞桿斷裂、十字頭磨損等故障進行了系統(tǒng)性分析，通過原理分析及經(jīng)驗總結(jié)對此泵進行自主技術(shù)改造。改造后，往復式低溫泵能長時間穩(wěn)定運行，使國外設(shè)備技術(shù)得到吸收轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)國內(nèi)維修和備件國產(chǎn)化。

往復式 低溫泵 傳動機構(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，低溫液體泵運行狀況對于整套空分裝置的穩(wěn)定運行有著至關(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)的往復式低溫泵。由于該往復式低溫泵存在旋轉(zhuǎn)慣性力和往復慣性力，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)運行時間短，對生產(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)，通過活塞桿尾部環(huán)狀槽內(nèi)的對開環(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，又具有良好的啟動對中性。

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1年的運行時間內(nèi)，2臺泵共發(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)，頻繁檢修對生產(chǎn)的穩(wěn)定構(gòu)成了嚴重威脅。

1.3 改進措施

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.對開環(huán)塊 4.圓球 5.墊塊 6.機體 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擴至8.0 mm，然后將環(huán)狀槽根部的過渡圓角半徑加工為0.8 mm，減少了此處的應(yīng)力集中，還可增加強度(圖3)。

圖3 改進后活塞桿示意

對改進后的活塞桿進行強度校核，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時大了近900 N。

1.4 改進效果

改進后的活塞桿投入使用后，已連續(xù)運行15個月，沒有發(fā)生斷裂事故，改進效果良好，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)做直線往復運動，具有導向作用。通過十字頭將做搖擺運動的連桿和做往復運動的活塞桿以鉸鏈的形式連接起來，并起著力的傳遞作用，因此，要求十字頭導向性能好、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滑性能的石墨，兩者之間采用無油潤滑模式。

2.2 故障情況

根據(jù)使用維護說明，該泵運行8 000 h后需對十字頭進行檢查，如果十字頭磨損后與滑道間隙超過0.6 mm，則應(yīng)該更換十字頭。但運行約6 000 h后，A泵往復運動的敲擊聲明顯變大，于是對A泵解體檢查，經(jīng)測量十字頭磨損嚴重，其與滑道間隙已達0.9 mm，立即更換A泵十字頭。鑒于B泵與A泵的累計運行時間大致相當，隨后對B泵進行拆檢，B泵的十字頭與滑道的間隙也嚴重超標，但此時已無備件可用，而從瑞士Cryomec公司采購備件的時間周期最短為6個月，即此時整套空分裝置無備機，對裝置的穩(wěn)定運行構(gòu)成了威脅。

2.3 處理方案

為盡快修復十字頭、恢復設(shè)備安裝精度，對損壞的十字頭進行修復處理，并對設(shè)備構(gòu)造進行相應(yīng)改造(圖4)。

1.螺母 2.墊片 3.對開環(huán)塊 4.圓球 5.墊塊 6.機體 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行車削，在其外表面鑲1個銅套，然后打孔起絲，擰入固定螺釘將兩者固定為一個整體。

(2)打磨襯套內(nèi)表面，使其表面粗糙度、形狀精度達到裝配要求。

(3)依據(jù)滑道內(nèi)徑尺寸確定十字頭外圓尺寸，對十字頭外圓進行加工，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)狀儲油槽；安裝時，在外表面涂1層潤滑脂，將十字頭與襯套間的無油潤滑改為有油潤滑，以減小兩者間的摩擦力(圖5)。

(5)在機體上加工1個M 8 mm×1 mm的螺孔并安裝黃油嘴，定期對十字頭部位補充油脂。

(6)修復投入使用后，增加巡檢頻次，對十字頭處的機殼溫度、機殼振動、運行嘈聲等進行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)異常，及時進行處理。

2.4 改造效果

該設(shè)備重新投用后，各項運行參數(shù)正常、穩(wěn)定。連續(xù)運行6個月后解體檢查，十字頭表面只有輕微磨損，十字頭與滑道間隙在設(shè)計要求指標內(nèi)，因無備件而引起裝置停運的威脅得以完全解除。

3 結(jié)語

化工行業(yè)的發(fā)展必須有先進的設(shè)備作支撐，由于受國內(nèi)設(shè)備制造水平的限制，一些關(guān)鍵設(shè)備不可避免由國外引進，如果技術(shù)和備件長期依賴進口，不僅價格昂貴，而且訂貨周期長，生產(chǎn)急用件無法在短時間內(nèi)解決，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營會受到嚴重制約。為此，利用往復式低溫泵的檢修機會，

圖5 改造后十字頭油道示意對活塞桿、十字頭、進液閥、排液閥、十字頭銷、連桿、連桿軸承等零件進行測繪，積累了第一手資料，在無進口備件或進口件不能及時到位時，可以自行加工國產(chǎn)零件，在最短的時間內(nèi)恢復生產(chǎn)，既能降低檢修、維修費用，又能減少企業(yè)的損失。

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

[2] 錢錫俊，陳弘.泵和壓縮機[M].北京:石油大學出版社,1989.

[3] 《機械設(shè)計師手冊》編寫組.機械設(shè)計師手冊[M].北京：機械工業(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，大學本科，中級工程師；shuhai304@163.com。

TQ116.11

B

1006- 7779(2016)06- 0051- 03

2014- 01- 12)