润滑 API 离心泵轴承座的最佳实践

越来越多的工厂将目标集中在延长其旋转设备的平均维修间隔时间 (MTBR)，其中包括用于石油、石化和天然气行业的离心泵。最大限度地提高 API 流程泵的润滑效率将是实现这一目标的重要因素。

在本文中，您将了解润滑 API 流程泵中轴承的最佳方法，包括盘与油环润滑的数据、保持适当的水平和污染控制。适当润滑且污染最少的轴承将在较低温度下运行更长的时间。

简介

本文重点介绍卧式离心 API（美国石油工业）流程泵，但许多主题/概念也适用于 ANSI 泵。已经对滚动轴承过早失效的原因进行了各种研究，并且一致认为，第一大原因可归因于润滑不良。一项特别研究表明，50% 的损坏是由润滑不良造成的。润滑不良或有缺陷可分为：

• 不正确的润滑剂

• 润滑剂用量不正确

• 受污染的润滑剂

• 润滑油降解

图一：典型轴承故障原因

API 标准 610 要求在连续运行和额定条件下的最小轴承寿命 (L10) 为 25,000 小时，在最大负载和速度下至少为 16,000 小时。 L10 寿命是一组相同轴承中 90% 在相同条件下在出现疲劳失效的第一个迹象之前所能承受的转数。如果我们假设每年运行时间为 80%（每年 292 天），则轴承 L10 的最低预期寿命分别为 3.5 年和 2.2 年。

如上所述，润滑不良会导致 50% 的轴承在出现任何疲劳迹象之前失效。这些故障可能在安装后几小时内、一年后或疲劳前发生。这些轴承在疲劳前的哪一点失效可以通过遵循 5R 润滑来延长：正确的润滑剂、正确的数量、正确的位置、正确的时间和正确的质量。

许多公司在购买新泵时要求 L10 使用寿命为 40,000 小时（5.7 年），但解决不良润滑实践仍然很重要。

不正确的润滑剂

流程泵中的减摩轴承可以用油脂、矿物油或合成油润滑。油或润滑脂的油成分的主要用途是将滚子元件和滚道接触面分开，润滑轴承内的滑动面，并提供腐蚀保护和冷却。

粘度是润滑剂最重要的一个特性。针对速度、工作温度和负载使用正确粘度的润滑剂可确保在旋转部件之间形成完整的油膜。当使用不正确的粘度时，润滑油的承载能力会受到负面影响。

油降解到太厚而无法渗透到表面之间的程度，并且供油可能不足以防止牺牲接触。粘度受载荷、温度、水、污染物和化学变化的影响。关于粘度的建议应参考 OEM 操作手册，但测量油底壳工作温度也很重要，因为粘度随温度升高而降低。

表 1：SKF 对泵中球轴承的建议

流程泵中的油通常为 ISO 等级 46、68 或 100。这些数字与以厘沲为单位的运动粘度有关。油通常是碳氢化合物油，尽管合成油有时用于特定的润滑应用。

合成油的粘度对温度变化不太敏感，在存在温度波动时使用更广泛。如果温度也超过 100 摄氏度（212 华氏度），建议使用合成油，因为在较高温度下矿物油的氧化速度会加快。

润滑剂用量不正确

为应用选择正确的润滑剂是第一步，接下来是确定最初使用和保持的正确数量。了解轴承箱组件的设计，更具体地说，设计油位非常重要。

油位 - 设计

卧式流程泵中润滑滚动轴承最常见的方法有：

• 润滑脂

• 油溅（直接接触、环或抛油环）

• 纯油雾

• 清除油雾

润滑脂的使用主要限于参数在滚动轴承的尺寸和速度范围内的低马力泵。飞溅油润滑是最常用的方法。油溅设计包括直接接触、油环、抛油环或两者的组合。

在直接接触中，当轴旋转时，轴承中的滚动元件与油位接触。轴承浸入油中的量不应超过最低滚动体或滚珠直径的二分之一（图 2）。油环用于以速度或负载为因素且油不与轴承直接接触的情况。

油环与油接触并提供飞溅式润滑，无需直接接触轴承。抛油环类似于油环，因为油不与轴承直接接触。圆盘与油接触并提供飞溅式润滑。油环更多地依赖于相对于浸没深度的轴速度，但一个好的使用经验法则是在最深点使用八分之三英寸。

抛油环不太容易出现过度润滑的问题，因为它们直接连接到旋转轴上，并且它们还应浸入油中约 3/8 英寸。组合设计将结合金属盘和直接接触。轴承直接接触油，圆盘为冷却提供额外的飞溅润滑。

图 2：泵横截面 - 油溅/直接接触

油雾润滑系统的基本概念是将油雾分散到轴承箱中。空气将油雾化成一到三微米的颗粒大小。气流将这些细小的油颗粒通过管道系统输送到流经轴承的泵壳中。

它是一种集中式的低压润滑系统。在纯雾润滑中，油/气雾在压力下被输送到外壳。外壳中没有油槽，也不使用油环。吹扫雾润滑采用与纯雾相同的原理，但外壳中存在油库。也可使用抛油环/抛油环或油环提供飞溅润滑。

低级

在低水平运行条件下，轴承将无法获得足够的润滑油来获得适当的油膜强度——这是表面接触、打滑和可能发生灾难性故障的前兆。如果没有足够的油来防止摩擦，钢轴承会很快发生热失控。

随着轴承温度的升高，滚珠和滚道都会膨胀，从而产生更紧密的配合。这进一步增加了温度，并且循环继续快速、灾难性的故障。

低油位会影响所有类型的飞溅润滑。直接接触时，油膜强度不足，环或盘可能无法吸收足够的油来令人满意地润滑轴承。

高级

在高水平的操作条件下，会发生润滑剂的搅拌，由于空气过多和温度升高而加速氧化速度。认为越多越好是一个常见的错误——尤其是在油底壳润滑方面。过多的油会影响油环、抛油环和轴承直接接触的工作。

高润滑剂水平的另一个结果是密封件泄漏。如果油位太高，环将浸入水中，不再甩油。抛油盘直接连接到轴上，因此不太容易受到这种影响。

保持适当的水平

油底壳润滑不需要为适当的轴承负载保持特定的油位 - 只需油位不会达到临界低点或高点（图 3）。

图 3.典型油位条件

保持适量的润滑剂可能是延长润滑寿命和有效性的最简单方法。请咨询您的设备制造商或操作手册，了解推荐的油位、最佳润滑设备和首选做法。大多数设备都会在适当的油位上有一个外部标记，该标记要么铸造到外壳中，要么贴上标签。

在轴承箱中保持适当油位润滑剂的最广泛使用的方法之一是恒定油位注油器（图 2）。恒定液位注油器通过密封件、通风孔和各种连接件以及轴承箱中的塞子补充因泄漏而损失的油。一旦设置了适当的油位，更换油箱中的油是唯一需要的维护。观察孔（靶心）也可用于验证适当的油位。

恒油位注油器有一个“控制点”，必须与设备的适当油位对齐。加油器安装在设备上，并加注到适当的油位。所有恒定液位加油器都需要空气才能正常工作。如果油底壳内的油位降低，控制点的密封会被破坏，空气就会进入油箱，从而取代油，直到密封重新建立。如果恒位注油器设置正确并且油箱中有油，则设备将始终处于油槽内的最佳油位。

受污染的润滑剂

润滑质量受污染影响，污染是导致轴承过早失效的重要因素。污染物的主要类型是微粒、水分、不相容的流体和夹带空气。颗粒会阻碍润滑剂的性能，并进一步将压力集中在部件上，从而导致配合表面的表面凹陷、疲劳、剥落和磨损。水会影响润滑剂提供适当液膜的能力，导致过早失效和过度磨损。

油的腐蚀、气蚀、过早氧化和过滤器堵塞是水污染的其他症状。空气污染会影响油的压缩性，导致传热不良、油膜强度损失、氧化和气蚀。

这些污染物的来源是：

• 产生的污染

• 污染物的外部侵入

• 维修诱导

产生的污染

在泵的磨合或运行期间可能会产生颗粒污染。油环通常由青铜制成，对轴的水平度、速度和油位很敏感。由于这些敏感性，它们可能倾向于跳过或挂断并与其他组件接触。环会磨损，因为它是一种较软的材料，并且会产生颗粒碎片。这些小颗粒可以穿透滚动体和滚道之间的关键区域，导致磨损。

污染物的外部侵入

设备外壳和周围大气之间的压差是污染物进入的主要原因。泵在频繁开/关运行条件下发生外壳温度波动、过程流体温度变化、室外使用和泵上的空气流动会在压力均衡时产生这种大气交换。在这种空气交换过程中，来自周围环境的污染物（污垢、水等）通过通风孔、密封件和注油器“吸入”油底壳。

外壳组件——包括注油器、密封件和通风口——如果指定得当，可以非常有效地防止污染。多年来，恒定液位注油器用于保持油位。其中大部分被排放到周围的大气中，这可能导致污染物进入外壳集水槽。通过改用无排气口的加油器并移除排气塞，可以显着减少进入。

轴承隔离器用于防止润滑剂泄漏和污染物进入。迷宫式轴承隔离器最广泛地用于卧式泵。轴承隔离器允许正常泵操作产生的增加压力通过密封件排出，并且已证明在减少污染物进入方面非常有效。

转子和定子不接触，这允许在防止磨损的同时进行排气——延长密封件的使用寿命。磁性或面密封用于防止由于污染和润滑剂泄漏而损坏轴承。面密封的特点是光学平坦的静止面和旋转面通过磁力或弹簧加载在一起。

维护导致

在进入设备之前，油中可能存在污染物。不能假设新油是干净的。适当储存油和适当的分配容器也将减少水或其他污染物进入轴承箱的可能性。在泵重建过程中应采取适当的措施，以确保正确去除任何污染物。

润滑油降解

所有的润滑油都会随着时间的推移而降解，需要更换机油。保持润滑剂的质量可以延长这些变化的频率。

升高的工作温度是油氧化的主要因素。与空气、颗粒物和水污染相结合，油品氧化的连锁反应就开始了。添加剂首先受到影响，其次是基础油，这会导致机器和部件表面磨损和疲劳。机油工作温度每升高 8 摄氏度（18 华氏度），氧化速率就会增加一倍。

当考虑到泵的工作温度经常接近或高于 60 C (140 F) 时，这可能很重要。只需将油的工作温度降低到 50 C (122 F)，氧化率就会降低 50%，从而使油的有效寿命增加一倍。

降低（或保持）较低油品工作温度的最基本方法是：

• 使用正确粘度的油。

• 使用优质油。

• 使用适量的油。

• 保持油的清洁。

空气夹带是油氧化失效的主要氧气来源。新油在大气压下可能含有多达 10% 的空气。使用挡油环或抛油环的飞溅型轴承座都是易曝气的应用。过度曝气会对酸值 (AN)、油色、油膜强度和粘度产生负面影响。此外，夹带空气会导致加速表面腐蚀、更高的工作温度和涂油。

工作温度会因每种润滑方法而异。下图基于实验室测试，测量油底壳从启动到温度稳定的工作温度。使用 ISO 68 重量油和 3,600 rpm 的运行速度进行了两次测试。

一项测试使油位位于最低滚动元件的中间球，另一项测试将油位降至以下，并安装了柔性抛油环以提供飞溅润滑。柔性抛油环工作温度比直接接触工作温度低 9 华氏度。如上所述，这种温度降低导致氧化速率降低 25%。

图表 1. 温度与运行时间

总结

流程泵中适当润滑的重要性众所周知，但实现它并不总是那么容易。从基础开始很重要：

• 为应用使用正确的润滑剂
• 粘度
• 矿物或合成
• 了解泵的设计如何正确润滑轴承
• 油溅、油雾
• 保持适当的润滑剂水平
• 恒定液位注油器
• 通过靶心或目测仪目视验证液位
• 保持润滑剂无污染物
• 封闭式外壳 - 可靠的密封件、呼吸器、非排气注油器、膨胀室
• 正确储存和处理润滑剂
• 用于验证污染物类型的油分析
• 将工作温度保持在泵的设计参数范围内
• 遵循以上准则

了解泵的组件以及周围环境对于应用正确和最经济的润滑管理系统至关重要。消除润滑不良可以获得轴承的设计L10等级。

参考资料

• Brandlein、Eschmann、Hasbargen、Weigand。 《球和滚子轴承》第三版

• 布洛赫，布德里斯。 《泵用户手册》