辛庚嘉，张连岗，王学斌

（1.阳谷祥光铜业有限公司，山东聊城 252300；2.山东益丰生化环保股份有限公司，山东滨州 256500；3.冠县技工学校，山东聊城 252599）

0 引言

水环泵中气体压缩是等温的，可抽除易燃、易爆气体，此外还可抽除含尘、含水气体，广泛应用在工业生产的许多工艺过程中。

1 设备参数与轴承选型

水环真空泵内装有带固定叶片的偏心转子，是将水（液体）抛向定子壁，水（液体）形成与定子同心的液环，液环与转子叶片一起构成可变容积的旋转变容积真空泵。水环真空泵是一种粗真空泵，它所能获得的极限真空为2000～4000 Pa。

在变压吸附制氧的工况环境下，水环真空泵作为匹配变压吸附装置的主体设备，用于抽除吸附塔中的氮气。现场装机量12 台，其中每3 台真空泵组成一套真空机组，工作压力在+35～-70 kPa，其运行为变负荷状态。

装机轴承2 件/台，共计轴承24 件。型号：2BEC130；最大抽速：1050 m3/min；极限压力：16 kPa；转速：124 r/min；电机功率：1250 kW；装机选型：352964×2；厂家：瓦房店轴承。

2 轴承日常故障及维护

水环式真空泵在运行中由于系统负荷变载，轴承在使用中也存在变负荷运行，使用寿命参差不齐。12 台真空泵轴承中，驱动轴承的平均使用寿命为15 个月，后轴承的平均使用寿命为9个月，其运行中的故障和劣化也不尽相同，最为突出的为轴承偏载运行后的滚珠点蚀和轴承轴颈磨损下的内圈开裂。综合考量其变负荷运行，设计缺陷，多次发现内外排轴承偏载磨损、轴颈磨损等。

2.1 轴承日常故障

轴承日常劣化主要表现为：①轴承的异音与高振动；②轴承的温升与油品的缺失；③内圈或外圈的磨损；④泵端轴承的间隙调整与轴承自身热膨胀。轴承维护问题现状：①轴承安装精度和安装时轴承座与轴承的清洁度需要进一步加强和保证；②轴承座存在部分磨损；③镀轴的技术水准有待进一步提高；④对于双排圆锥滚子轴承的装配中，现场不具备冷装条件，而热装后迅速紧固螺母，也使得轴承无法更自然的自由找正。

2.2 故障处理

设备维保层面主要为添加润滑脂、轴承更换、必要的镀轴和轴承座更换等。目前对待真空泵轴承的振动劣化维护中，主要是以添加润滑脂后加强点检，运行依然高振动后选择更换。

（1）对策执行：收集其他品牌同型号轴承相关数据，分析替代可行性；叶轮侧隙、叶轮与外壁间隙的数据测绘；前后轴端轴颈的同心度检测的可行性。

（2）日常维护类方案：周期补充润滑脂；排气端呼吸垫片的周期检查与更换；检测叶轮污垢情况，依据情况尝试叶轮污垢的一体化清理。

（3）技术改进：轴承替代型号的选取与关联部件的尺寸修整；叶轮侧隙调整；镀轴方式优化——电刷镀与高分子材料镀轴融合开展。

（4）质量把控：轴承质量严格把控，优化叶轮侧隙调配执行；严格安装精度与镀轴精度；尝试其他品牌轴承试用；日常通过打开后轴承座端盖，检查轴承并查看内部润滑脂杂质，然后使用四氯化碳、煤油、清洗剂等顺序清理，并更换高质量钙基润滑脂，通过维护保养查看运行效果。在润滑脂的外循环与更换、运维寿命的优化与规范、工装的设计与完善等层面开展。并增设浓油泵，改进轴承座或两侧端盖，促使润滑脂的外部自循环。

2.3 设备工艺运行优化

设备工艺运行优化包括：①被输送的介质及其温度应在泵材允许范围内；②被输送介质中若含有固体颗粒泵入口要加过滤网，如含有铁磁质微粒需加磁性过滤器；③水环真空泵在使用中环境温度应适中，防止电机温度过高；④真空泵正常运行后，应拆检轴承和端面动环的磨损情况，并更换易损件。期间注重对于填料密封的选用与周期调整维护，其中填料密封的选取，以水基耐磨填料为主，避免为达到过度密封的效果，增加填料匝数；⑤对于输送液为易沉淀结晶的介质，使用后应及时清洗、排净泵内积液，对于真空泵腔体的水沟也应周期开展循环清理维护，避免背板及其叶片的磨损；⑥因为真空泵轴承的冷却和润滑是靠被输送的介质，所以绝对禁止空运转，同时避免在工作中途停电后再启动时所造成的空载运转。

3 轴承故障与安装规范

在测算轴承平均使用寿命后，发现大部分轴承的劣化开始于其平均运行时间的节点上，这对于日常点检有着十分重要的参考价值。综合现有更换周期记录，轴承使用寿命为18～24 个月的占比20%。在日常维护中需要加强保养，以应对轴端的异样磨损现象。

3.1 安装轴承

拆除轴承的方法：①火焰切割，即火焰切割轴承外圈、保持架；②火焰加热轴承内圈，然后与轴径进行剥离；③使用液压拉马，优先清理轴承内部杂质，卡盘装夹后拆除轴承；④带轴承座拆除，一方面要确保各着力点的加压均匀，期间检查轴承内盖的螺栓紧固状态，确保缓慢均匀有效拆除。对于切割器拆除方式，因操作期间容易对轴肩造成损伤，除必要情况外，应减少改方案执行。无论采用何种方式，都要确保对轴颈、轴承座内孔、轴肩端面、备母螺纹等各重点部位的防护，确保安装复位过程中的精度。

3.1.1 轴径检测

首先使用丙酮或者无水乙醇对轴径进行清理，使用外径千分尺对轴径内侧、外侧、轴向、径向进行数据测量（至少2 组数据）。确认是否在原始的轴径尺寸公差320+0.062+0.098 mm 范围内。如有偏差，需要进行镀轴或高点打磨。检查轴与轴承的配合面是否有磨损，清理轴径上的油污，使用螺旋测微器进行测量（320.05～320.12 mm 为正常；磨损量在0.20 mm 以内可以电刷镀镀轴，也可以通过高分子材料刷镀，磨损量在0.20～1.00 mm 时优先选用高分子材料刷镀）。

3.1.2 轴肩定位检测

先对轴肩进行清理，使用金相砂纸或油石对其进行必要的表面处理。使用直角刀口尺对轴肩、轴肩与轴径的相对尺寸进行检测，确保其平面度与轴径垂直度。如遇高点，需对其进行消除。

3.1.3 磨损分析

轴颈以及轴肩位置出现磨损，原因是运行劣化和变负荷工况下的劣化。

（1）正常金属疲劳磨损：由于水环真空泵处于一种变载荷的工作状态，金属本身的疲劳特性在一定周期内便会表现出来，致使轴承与轴配合表面产生劣化，将导致运行过程中出现配合间隙，轴承与轴表面产生相对运动，短时间之内便可造成轴或轴承室的严重磨损。

（2）加工尺寸误差：转子轴与轴承的配合过盈尺寸过小或配合接触面积过小时，在真空泵的重载冲击下会造成轴承与转子轴存在间隙。

（3）维修维护：维修维护不及时、不规范，轴承润滑不足，轴承轴向定位控制或预留设备的轴向伸缩量变化造成轴承游隙增大等也将造成轴与轴承间的窜动而磨损。

3.1.4 镀轴

（1）补焊机加工法：对泵轴进行补焊加工可以解决轴承位磨损问题，但拆除转子成本较高，在线修补精度无法有效保障，应用上有较大局限性。

（2）刷镀和喷涂再机加工法：基本满足需求，对检修人员、现场质量控制要求高，修复周期长、费用高，因修补的材料是金属材料，存在一定化学污染。

（3）高分子聚合物材料修补法：Resimac-DEP 高分子聚合物材料具有比较强的粘着力、优异的抗压强度、耐磨性和抗腐蚀性等的综合性能，在传动部位磨损尺寸相对较小的情况下可以现场免拆卸修复，既避免了机加工，又无补焊热应力的影响，且修复厚度也不受限制，不仅可以延长真空泵的使用寿命，也可以节省大量的停机时间。

3.1.5 轴承游隙检测

轴承平放在检测平台，用压板压实，一边旋转其外圈，一边紧固压板上锁紧螺母。待滚珠与外圈无间隙时，使用高度尺测量轴承高度h1；取出轴承中间环，压板压实轴承，一边转外圈一边锁紧压板上螺母。待滚珠与外圈无间隙时，测量轴承高度h2；得轴承实际游隙s=h1-h2；352964×2 轴承的游隙范围为0.550～0.690 mm。

3.1.6 轴承加热

因现场环境限制，只能使用轴承加热器加热安装。在加热前，应首先使用煤油对其进行清洗，然后用干净面纱擦拭干净。现场使用轴承加热器，加热至90～110 ℃，确保均匀加热并保温3～5 min，随后快速安装。安装备母。待轴承冷却后，涂抹润滑脂（锂基润滑脂ZL-3）。

3.1.7 安装

轴承安装过程中，首先要确保安装环境的清洁，包括轴头、备母、轴承安装轴径、轴肩等。①安装内排轴承，使用耐高温手套，将其装配到位后，使用细铜杆轻轻敲击轴承内圈，确保其安装到位。待其稍稍冷却后，在滚珠上涂抹少许润滑脂，一方面用于冷却，其次用于润滑；②安装中间挡环，轴承外圈，在安装外圈时，使用煤油或清洗剂对其内孔进行清理，擦拭干净后，均匀涂抹润滑脂，脂厚度保证2～3 mm；③在安装外排轴承前，将轴承外圈安装到位，随后安装轴承外排，使用铜棒均匀敲击，并做好备母安装准备；④当备母紧固与轴承接触时，一边盘动轴承外圈、一边测量轴承游隙，保证不低于0.35 mm，以便于设备调整，待轴承冷却后，再次紧固备母，在保证轴承游隙的前提下直到轴承备母完全紧固到位；⑤待轴承自然冷却后，通过盘动轴承外圈，添加润滑脂。另外，对备母进行二次紧固，完全紧固后安装顶丝并锁紧。

3.1.8 填充润滑脂

填充润滑脂时不允许佩戴手套，需保持双手清洁。填充量以轴承外圈转动时有润滑脂溢出为标准。在泵体完全恢复后，使用加油机对其补充润滑脂。取放轴承时，也必须保证现场环境和工具、护品的清洁。

4 轴承运行分析

自设备使用以来，轴承的问题一直存在，一是设计上单纯放大，无深层次技术革新，而承载较高质量的轴承成为问题凸显的表象。其自身质量、装配方式、润滑脂的补充、变负荷运行等都成为主要因素。

目前设备前后轴承共更换40 次，其中泵端24 次，原因是驱动端临近减速机，径向扭矩作用力较小，磨损较小，且磨损后在劣化表现上存在一定积聚期，且驱动端拆装耗时长，存在滞后更换情况，导致驱动端轴颈大多磨损要镀轴处理。其主要劣化表现为：偏载、点蚀、内排偏载、外圈开裂、滚珠点蚀。轴承偏载是首当其冲的轴承质量问题。

真空泵在更换后轴承时，需要对其间隙进行调整：轴承装配到位后，优先通过百分表测定其轴承外圈游隙。首先固定后端轴承座并紧固到位，在前端安装百分表并调零；松动后端轴承座螺栓但不拆除，使用顶丝将后轴承座与泵体分离，达最大间隙后，读取百分表示数。取百分表示数的1/2 制作铜垫片，安装紧固后读取百分表示数。以保障叶轮前后都有间隙。运行一段时间后，要对设备对中情况进行检查，视情况进行修正调整。

5 结语

经优化调整，轴承使用寿命提升至26～36 个月，在变压吸附的工况环境下，水环式真空泵的整体运行状态可以满足现状设备运行需求。但在设备运行维护环节，仍需要提升设备运维管理水准，在工艺工况分析优化下，逐步减少变负荷的压差以及启动工况下的时间缓冲，确保对设备本体的有效保护，以便提升现场设备运维处置中的整体效率。