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注聚注水离心泵滑动轴承的改进

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欧阳彪 付艳萍 孙娇 欧阳河清 唐洁松

(黑龙江省大庆市采油六厂试验大队)

  摘 要:本文介绍了滑动轴承摩擦和磨损的概念,对现有滑动轴承表面结构进行改进,确保初期形成边界摩擦,待轴高速转动时,油泵供油迅速进入液体摩擦。轴与滑动轴承不接触,环形油槽起到冷却、冲洗、润滑作用,产生的碎屑明显降低,延长了滑动轴承的使用寿命。

  关键词:注聚注水离心泵;滑动轴承;技术革新;现场应用

  1、概述

  采油六厂喇嘛甸油田现有注聚站4座,注聚泵188台,滑动轴承顶间隙大于0.3mm报废处理,侧间隙大于0.2mm做报废处理。

  2 滑动轴承与摩擦损分析

  轴承是支承轴颈的部件,有时也用来支承轴上的回转零件,电动机的转子和多级离地泵的转子等,根据轴承件摩擦、性质不同,轴承可分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动摩擦轴承(简称滚动轴承)。滑动轴承:在滑动轴承表面若能形成润滑膜将运动副表面分开,则滑动摩擦力可大大降低运动副表面的摩擦系数,则滑动摩擦力可大大降低,由于运动副表面不直接接触,因此也避免了磨损,滑动轴承的承载力较大,回转精度高,润滑效果好,具有抗冲击作用,因此,在油田上获得广泛的应用。而润滑油膜的形成是滑动轴承能正常工作的基本条件,影响润滑膜形成的因素有润滑方式,运动副相对运动速度,润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等,滑动轴承的设计应根据轴承的工作条件,确定轴承的结构类型,选择润滑和润滑方法。

  3 磨损机理分析

  (1)粘着磨损。当运动副摩擦表面的微凸体在静止时相互作用,各点相嵌在一起,即发生“冷焊”现象,在相对滑动时,材料从一个表面转移到另一个表面或脱离所附着的表面,而形成游离颗粒,称为粘着磨损。

  (2)磨料磨损。从外部进入摩擦面间的游离硬颗粒(如尘土、或摩擦造成的金属颗粒)或较硬的微凸体,在较软的材料表面上划出的沟纹。被剥离的材料形成新的游离颗粒,这样的微切削过程叫磨料磨损。

  4 滑动轴承机理分析

  轴承支承轴工作,轴在其中转动时,轴和滑动轴承之间必然有强烈的摩擦。一般滑动轴承材料要具备以下要求:一是在工作温度下具有足够的强度和硬度。以便承受轴颈所施加的单位压力,并能耐磨;二是有足够的塑性和韧性来保证与轴配合良好,并抵抗冲击和振动;三是有良好的磨合能力及良好的抗蚀性,以及良好的导热性和较小的膨胀系数;四是与轴的摩擦系数为最小,并能保持住润滑油。

  5 滑动轴承在运行中出现的问题及改进

  滑动轴承在重载、高速转动的环境下工作,用油泵将润滑油强制循环到摩擦副表面后,形成油膜,由于油膜非常光滑,阻力很小,从而使摩擦力大大减小。由于各种原因,滑动轴承得不到充分的润滑,当泵轴静压在轴承上时,轴承与轴的侧间隙只有0.08mm,顶部间隙0.17mm,而轴承底部与轴则直接接触并没有存在间隙,润滑油很难绕过泵轴形成360°的环形径向流动,很难达到理想状态下的润滑效果,当瞬间启停泵时,润滑油未形成离心力,产生不了足够的浮力,只能由电机带动泵轴与轴承摩擦转动,此刻,轴承底部大部分与轴产生干摩擦,形成高温,而产生的高温将轴承乌金表面烧焦变硬生成积碳,这种变黑又硬的高点对泵损伤最为严重,使泵轴出现沟槽,轴承出现麻点,剥蚀、这种长时间的反复启停泵,会造成二次伤害,严重时轴瓦损坏,泵轴表面粗糙,寿命宿短。造成了金属间的干摩擦,从而在很短的时间内产生高温,烧坏滑动轴承,造成较大的机械事故。

  分析事故原因有以下几方面:一是泵静止时。轴紧压滑动轴承,使滑动轴承与轴之间间隙小。启泵瞬间会出现干摩擦现象,会产生磨损及合金脱落碎屑;二是泵进出口压力不稳,泵内流体冲击力不均匀而出现振动,滑动轴承出现疲劳变形,间隙增大,产生振动,轴对滑动轴承产生冲击现象;三是空气中沙尘飘入轴与轴瓦之间,轴承出现梨沟、落屑;四是碎屑脱落严重时,轴承得不到冲洗,阻塞轴瓦进油口,中断了润滑。

  根据上述分析可以看出,启停泵时,产生干摩擦对滑动轴承磨损几率最大。我们对滑动轴承表面结构进行调整,轴在润滑时由干摩擦、边界摩擦、混合摩擦最后进入液体摩擦。

  第一,沿轴向方向在滑动轴承两边车铣4mm宽、2mm深油槽两道,使润滑油在滑动轴承内形成360°润滑冲洗、冷却作用。钻通孔φ4mm各4个,使含有杂物的润滑油在此流出,达到既强化了碎屑的冲洗,和冷却泵轴作用,而两边的油槽又积蓄了瓦面油量的补充量。第二,在沿轴向方向在滑动轴承中间,平均铣2mm、宽2mm深的存油槽两道,并在瓦面上均匀钻直径φ2mm,宽2mm深存油坑9个,待启停泵时,有充足的润滑油供应,从而改善干摩擦状态。因为泵在高速运转时轴与滑动轴承间油膜保持在0.01以下,可确保边界摩擦,待轴高速转动时,环形油槽供油迅速进入液体摩擦。轴与滑动轴承不接触,产生的碎屑明显降低延长了滑动轴承的使用寿命。

  6 效益分析

  对滑动轴承的表面加工量不大,其费用很低,如耗电、设备磨损、人工等不足50元。每台泵其一对轴承价格是5000元,两对滑动轴承改进后寿命可以延长20000h。一台泵每年可以节约10000元。若应用于全厂188台高压注水泵则节省费用为180万元。目前,该新技术已获得采油六厂新技术推广二等奖,并于2010年7月在六厂地区逐步推广使用,经改进后的滑动轴承使用寿命比未改进前延长了2个大修时间,为国家节约了上百万元的维修费用。
来源:《中国石油和化工标准与质量》2016年第7期