離心泵軸承組件的升級改造

前言

可靠性是在石油和天然氣應(yīng)用中運行的（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)，可以在計劃的維護(hù)間隔期間進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)和材料升級，以Z小的努力延長故障間隔時間（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)并降低運行成本的關(guān)鍵。

泵故障和由此產(chǎn)生的計劃外停機(jī)可能會導(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，這個問題的根本原因隱藏在軸承箱的設(shè)計中。為了解決這個問題，軸承組件改造在碳?xì)浠衔锛庸ば袠I(yè)中越來越普遍。這些改造消除了過時設(shè)計的已知故障模式，并可以滿足當(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），由于成本相對較低且易于實施，這種泵很常見。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時的軸承樣式、較差的冷卻能力、不足的潤滑方法和鑄鐵結(jié)構(gòu)，使其成為很好的改造候選者。通過這些升級，操作員可以利用這樣一個事實，即泵殼、噴嘴位置和支腳位置將保持不變，同時將泵現(xiàn)代化為Z可靠和Z新的API設(shè)計。

這種主動維護(hù)方法消除了已知的故障模式，從而大大降低了故障和計劃外停機(jī)的風(fēng)險。作為改造過程的一部分，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，這些設(shè)計的軸承箱和內(nèi)部組件通常與新設(shè)備上提供的相同。

升級設(shè)計

采用更好的技術(shù)對新的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了實驗室和現(xiàn)場測試，確保當(dāng)前組件的使用壽命Z長。此外，與當(dāng)前設(shè)計的泵具有互換性和通用性，可以減少庫存零件，從而減少整體庫存。庫存費用的減少和使用壽命的延長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，應(yīng)采用復(fù)雜、精細(xì)的流程，因為改造過程需要考慮推力大小、負(fù)載、油路接口和轉(zhuǎn)子動態(tài)穩(wěn)定性。在升級過程中，新的軸承箱鑄件和新的泵軸構(gòu)成了長交貨期選項。與泵專家合作時，通?？梢栽诒眠_(dá)到維修期限之前進(jìn)行升級，從而減少泵的總停機(jī)時間。

冷卻的改進(jìn)

現(xiàn)代軸承組件的一大優(yōu)勢是新箱體的先進(jìn)冷卻能力。設(shè)計中帶入了先進(jìn)的空氣冷卻功能，如箱體的全翅片幾何形狀、用于增加穿過箱體的氣流的較大外置風(fēng)扇和用于與周圍大氣交換熱量的內(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，油可以有效潤滑軸承，同時帶走熱量，從而實現(xiàn)更低溫度的運行。

此外，新的箱體設(shè)計考慮了油霧潤滑系統(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題的冷卻水夾套，并消除了常見的故障模式、維護(hù)活動和相關(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

由于其具有競爭力的價格，鑄鐵是石油和天然氣應(yīng)用中較舊泵的常見軸承箱材料。然而，這種材料有其缺點，不符合當(dāng)前的API標(biāo)準(zhǔn)。API 610第6版開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，但這并不總能帶來高質(zhì)量的維修。過大的軸承孔配合通常采用增加套筒或噴涂來修復(fù)，這需要額外的時間和費用。此外，經(jīng)過多次重復(fù)修復(fù)后，軸承箱法蘭用于鉆新定位銷的面積減少，零件的完整性通常會降低。

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)商備有這些升級后的組件，因此可以在計劃外停機(jī)期間進(jìn)行升級。

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

自從早期制造的許多API泵以來，監(jiān)測儀器儀表已經(jīng)取得了長足的進(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，新的無線監(jiān)測傳感器應(yīng)運而生，而這些傳統(tǒng)設(shè)計在安裝現(xiàn)代傳感器時通常是一個挑戰(zhàn)。

軸承組件的改造包括用于安裝徑向和推力軸承振動探頭的凸臺，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

用于測量球軸承表面溫度的新型軸承金屬電阻溫度檢測（RTD），可以接近軸承外圈3 mm，從而可以更好地確定實際軸承溫度。可以在油池中安裝RTD以確定油溫。總之，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)械健康狀況的見解。

升級軸承箱密封

防止污染物進(jìn)入泵軸承對延長其使用壽命至關(guān)重要。較舊的泵型號在唇形密封或?qū)Я靼逶O(shè)計上是標(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，同時防止污垢和水分進(jìn)入軸承箱。

軸承設(shè)計

改造項目為分析泵的需求和解決性能中反復(fù)出現(xiàn)的問題提供了機(jī)會。在改造過程中，考慮了泵的所有部件。通常，可以通過縮短軸承跨距和增加機(jī)械密封面及軸承處的軸直徑來提高轉(zhuǎn)子動態(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提供了機(jī)會。

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

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@些改造/改進(jìn)有可能對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)，泵的運行參數(shù)在其使用期間可能會發(fā)生變化，改造項目提供了評估其它改進(jìn)的機(jī)會。由于優(yōu)化了設(shè)計，提高了可靠性，這些將有助于降低運行成本。

（來源：機(jī)泵與軸承）