离心泵轴承组件的升级改造

前言

可靠性是在石油和天然气应用中运行的（轴承）两端支撑式高能离心泵的基本要求。为了优化泵送系统，可以在计划的维护间隔期间进行设计改进和材料升级，以Z小的努力延长故障间隔时间（MTBF）。在老旧的泵中，轴承组件是使泵现代化到当前API标准并降低运行成本的关键。

泵故障和由此产生的计划外停机可能会导致维护成本升高，并因生产减少而损失收入。在许多情况下，这个问题的根本原因隐藏在轴承箱的设计中。为了解决这个问题，轴承组件改造在碳氢化合物加工行业中越来越普遍。这些改造消除了过时设计的已知故障模式，并可以满足当前API标准，从而显著改善MTBF。

API 610第11版改造

离心泵轴承组件的改造，首先想到的是悬臂泵（OH1、OH2），由于成本相对较低且易于实施，这种泵很常见。然而，这些相同的原理也可以应用于轴承两端支撑式离心泵上，并获得许多相同的好处。

通常，在API 610第7版（~1989年）之前制造的泵具有过时的轴承样式、较差的冷却能力、不足的润滑方法和铸铁结构，使其成为很好的改造候选者。通过这些升级，操作员可以利用这样一个事实，即泵壳、喷嘴位置和支脚位置将保持不变，同时将泵现代化为Z可靠和Z新的API设计。

这种主动维护方法消除了已知的故障模式，从而大大降低了故障和计划外停机的风险。作为改造过程的一部分，轴承箱和所有相关部件都更换为API 610第11版轴承组件。

当与OEM合作时，这些设计的轴承箱和内部组件通常与新设备上提供的相同。

升级设计

采用更好的技术对新的设备标准进行了实验室和现场测试，确保当前组件的使用寿命Z长。此外，与当前设计的泵具有互换性和通用性，可以减少库存零件，从而减少整体库存。库存费用的减少和使用寿命的延长使这些改造成为较旧泵的一种成本效益选择。

更换轴承组件时，应采用复杂、精细的流程，因为改造过程需要考虑推力大小、负载、油路接口和转子动态稳定性。在升级过程中，新的轴承箱铸件和新的泵轴构成了长交货期选项。与泵专家合作时，通常可以在泵达到维修期限之前进行升级，从而减少泵的总停机时间。

冷却的改进

现代轴承组件的一大优势是新箱体的先进冷却能力。设计中带入了先进的空气冷却功能，如箱体的全翅片几何形状、用于增加穿过箱体的气流的较大外置风扇和用于与周围大气交换热量的内侧风扇。这些特性降低了轴承箱的温度，延长了轴承的使用寿命。

除了先进的空气冷却，新组件通常使用更大的油池，以更有效地消除轴承的热量。凭借更合理的供油方式和现代非金属油环的应用，油可以有效润滑轴承，同时带走热量，从而实现更低温度的运行。

此外，新的箱体设计考虑了油雾润滑系统，并兼顾纯油雾和吹洗油雾系统的规定，以适应各种应用。这样可以更有效地将油雾分布到轴承上，以尽可能延长轴承寿命。

随着冷却能力的提高，新轴承组件通常不需要冷却水进入箱体。这消除了通常铸造到旧轴承箱上有问题的冷却水夹套，并消除了常见的故障模式、维护活动和相关的公用事业成本。

图1：铸铁法兰的钎焊修复

碳钢轴承箱

由于其具有竞争力的价格，铸铁是石油和天然气应用中较旧泵的常见轴承箱材料。然而，这种材料有其缺点，不符合当前的API标准。API 610第6版开始要求易燃或有毒环境中的轴承箱为钢结构；第11版将钢结构要求扩展到除I-1和I-2材料分类之外的所有服务。

铸铁轴承箱不可焊接修复，可能导致维护成本增加。需要维修的区域通常必须钎焊，但这并不总能带来高质量的维修。过大的轴承孔配合通常采用增加套筒或喷涂来修复，这需要额外的时间和费用。此外，经过多次重复修复后，轴承箱法兰用于钻新定位销的面积减少，零件的完整性通常会降低。

轴承组件改造使用符合API 610第11版的新型碳钢轴承箱。这意味着可以对箱体进行焊接修复，并将其机加工回原始OEM规格，从而提供与新产品一样的替代品。减少的维修成本可以在几次重复修复中收回Z初的改造成本。一些OEM泵供应商备有这些升级后的组件，因此可以在计划外停机期间进行升级。

状态监测技术

自从早期制造的许多API泵以来，监测仪器仪表已经取得了长足的进步。特别是随着数字化及人工智能的快速发展和普及，新的无线监测传感器应运而生，而这些传统设计在安装现代传感器时通常是一个挑战。

轴承组件的改造包括用于安装径向和推力轴承振动探头的凸台，以提高资产监控能力。轴向探头和键相器是配备先进分析系统的泵的标准配置。

图2：维修后嵌有套筒的箱体孔

用于测量球轴承表面温度的新型轴承金属电阻温度检测（RTD），可以接近轴承外圈3 mm，从而可以更好地确定实际轴承温度。可以在油池中安装RTD以确定油温。总之，这些RTD有助于确定预防性维护间隔，并提供关于机械健康状况的见解。

升级轴承箱密封

防止污染物进入泵轴承对延长其使用寿命至关重要。较旧的泵型号在唇形密封或导流板设计上是标准化的。轴承组件改造包括符合API 610第11版要求的现代轴承隔离器。这些隔离器消除了漏油，同时防止污垢和水分进入轴承箱。

轴承设计

改造项目为分析泵的需求和解决性能中反复出现的问题提供了机会。在改造过程中，考虑了泵的所有部件。通常，可以通过缩短轴承跨距和增加机械密封面及轴承处的轴直径来提高转子动态刚度。这些改进为提高机械密封寿命和减少整体振动提供了机会。

较旧的1.0的径向滑动轴承的长径比（轴承长度/轴承直径，即L/D）更新为新的0.75的长径比，以进一步增加转子阻尼。双列推力轴承布置升级为成对安装（两个单列）背靠背布置、40度角接触球轴承（7000系列）。同时，将原塑料保持架升级为黄铜（金属）保持架，以延长轴承的使用寿命。

高温应用可以考虑采用整圈法兰连接的轴承架，以增加其刚性、并减少壳体的热传导。总之，这些改造/改进有可能对泵的可靠性和性能产生重大的影响。在石油和天然气行业，泵的运行参数在其使用期间可能会发生变化，改造项目提供了评估其它改进的机会。由于优化了设计，提高了可靠性，这些将有助于降低运行成本。

（来源：机泵与轴承）