往复式高压柱塞泵填料函拆卸工具的设计与应用
2023-01-24李德义
李德义,关 刚,蒲 金
(新疆天智辰业化工有限公司,新疆石河子 832012)
往复式高压柱塞泵基于其工作效能高、可靠性强的特征,能够应用于多行业的场景。作为煤化工生产装置设备体系的重要构成,其工作场景主要在于:升压工艺介质液体,使其能够适应后续工段的应用场景,提高化学反应压力的适应性。在我司的生产装置中,11台大型往复式高压柱塞泵与其他设备一起运行,用于生产乙二醇与1,4-丁二醇,使其分别达到35万t痦20万t的年产量,进而满足市场需求。
高压柱塞泵的特征在于以下几点:
1)瞬时流量具有显著脉动性:基于柱塞泵工作流程的分析,作为关键要素的工艺介质液体,其吸入—排出的运行是交替的。在这个过程中,泵内活塞的速度不断变化,进而使得泵的瞬时流动处于不连续的变化中,这一情况多集中于工作腔只有一个的泵内。工作腔增多的情况下,其瞬时流量脉动幅度有所降低。
2)平均流量具有恒定性:从理论视角来看,柱塞泵流量影响因素主要集中于其结构参数,涵盖了:每分钟往复次数、活塞行程、活塞直径、活塞数目,等参数。不受排出压力、输送介质的物理与化学性质影响,进而使得柱塞泵平均流量恒定。
3)管道是决定柱塞泵压力的关键因素:在实际运行过程中,基于柱塞泵的管道性质,设定最高范围的排出压力,在具体操作过程中,应按照规定来进行操作,确保排出压力在规定范围以内。
4)高度适应输送介质:多数情况下,柱塞泵可以输送不同物理与化学性质的工艺介质液体。少数情况下,基于泵液力端的材料、制造工艺、密封技术的特殊原因,偶有无法适应部分介质液体的现象。
5)自吸性能优越:在运行过程中,自吸性能使其在运行前无需灌泵即可运行。而且,有着高效率与节能的特性。
往复式高压柱塞泵的工作原理在于:作为容积式泵,其基于柱塞往复运动——工作腔容积变化的操作,完成介质液体的吸入与排出。动力端、液力端、传动部分、安全阀、润滑是常见的泵内结构体。其中,动力端涵盖了传动箱体、十字头、连杆等构成部分。作为动力端与液力端的受力装置,传动箱体的两端以座孔设置连接主轴承,内部安装十字头滑道。曲轴箱与润滑油油池连接。液力端基于整体的结构,主要作为柱塞填料装置。传动部分通过高、低速联轴器,护罩的组成结构来设置减速。安全阀作为泵的安全设备,通常位于液体排出口。柱塞泵在运行时,柱塞在填料函内来回做往复运动,不可避免地造成填料的磨损,进而会导致物料的泄漏,物料的泄漏给生产运行造成很大影响,为了使生产运行不受到影响,因此需要及时更换磨损的填料。这种柱塞泵主副填料函体积和重量都较大,而且一台泵有多个填料函,但是却没有专门的填料函拆卸工具,在无专用安装工具的情况下,拆卸难度较大。因此传统模式下,如果想要进行拆卸、填料等,中间都需要多人配合才能完成安装,由此可以看出,拆卸员工工作负荷比较大,不仅费时费力,而且操作不安全,还容易存在碰伤、砸伤等安全隐患。很多现实中的事故案例对此也是一个警醒,因而可以看出,拆卸工具的研发、投入使用等有着非常现实的意义。
在实际检修更换填料时,更换一个填料函需要多个步骤,需要依次将阀体、柱塞、主填料函锁紧螺母、副填料函锁紧螺母、副填料函拆卸下来,才能取出填料函中填料进行更换。但是每台柱塞泵中有5个填料函,每更换一台柱塞泵的填料函需要重复上述操作五次,而且每个填料函的重量都不轻,一个填料函差不多有20kg,所以每次在更换填料函时,不仅浪费时间,由于填料函过重,每次更换一个人根本换不了,需要多人配合才能完成。而且由于柱塞泵的体积也比较大,再加上工人有时操作不规范,很容易出现安全的问题。
同时在更换填料时,调整密封填料的紧密度是非常重要的,填料任何可能的轴向间隙都可能导致液压汽缸和柱塞损坏,填料受力不均匀,也会缩短填料的使用寿命,由于填料在装入液压汽缸前,已预先成形,如何解决填料的紧密度,是延长填料使用寿命的关键。这也是设计环节必然要注意的问题以及通过设计来解决的问题。
为解决上述问题和隐患,本文结合本厂柱塞泵的结构特点和多次的维修经验,设计出一种往复式高压柱塞泵填料函的专用拆卸工具与填料压紧工具,并在实际检维修中进行了应用,下面则就整个设计思路、设计预期目标等进行详细分析,从而给实践环节的渗透提供一些借鉴作用。
本文的设计思路如下。
(1)首先了解柱塞泵中填料函的拆卸步骤,为了让了解更加深入,此次了解进入一线,对于相关工作人员进行了问卷调查、访谈等,掌握了较为详实的一手资料,为整个设计的严谨性、实用性等奠定了基础。
(2)根据填料函的拆卸步骤,再结合柱塞泵的结构特点,设计合适的主副填料函的拆卸工具,希望可以为实践运用提供参考。
(3)柱塞泵在运行时,柱塞在填料函内来回做往复运动,不可避免地造成填料的磨损,从而会导致物料的泄漏,进而影响运行生产效率,为了解决这个问题,本文还专门设计了一个专门针对本厂使用的柱塞泵填料工具。
1 往复式高压柱塞泵填料函拆卸工具的设计
往复式高压柱塞泵在填料过程中有着非常多的注意事项以及特殊性,那么对于对应的工具应当如何设计、如何选用、如何使用等也有着严格的要求,为了提高效率,很多时候需要对其进行各个步骤和环节的要求,下面则对此展开具体分析。
1.1 主副填料函拆卸工具设计方案
对柱塞泵填料函拆卸工具进行设计,例如,高压柱塞泵主填料函和副填料函拆卸工具,包括固定机构和拆卸机构;固定机构由主填料函上基础板、主填料函下基础板和支撑架组成,主填料函上基础板与主填料函下基础板上下平行,支撑架垂直于主填料函上基础板与主填料函下基础板,用于支撑主填料函上基础板与主填料函下基础板;拆卸机构包括一手柄,手柄上设置有顶杆,手柄与顶杆呈T字形连接,顶杆上设置有上拉板,顶杆垂直通过上拉板的中心位置,上拉板上设置有调节丝杆,调节丝杆上设置下拉板,下拉板与上拉板平行,顶杆垂直通过下拉板的中心位置。
1.2 填料压紧工具设计方案
柱塞泵填料压紧工具设计方案如下:支撑圈、衬套、隔离环、填料和插塞组成,以上部件为依次嵌套式连接。还包括千斤顶和给予压力的基础架,基础架的上、下方基础板为平行板,作为安放填料压紧工作的工作台,千斤顶作为施力工具。插塞与衬套为间隙配合,有效防止填料压紧过程中变形损坏。
拆卸和压紧都是整个过程中必不可少的环节,直接决定了填料作用的发挥,因此在设计方案上应当做到严谨、科学和高效。
2 主副填料函拆卸与填料压紧工具的使用方法
主副填料函拆卸有着非常多的注意事项,同时也需要各种压紧工具的配合,那么如何更加有效地使用这些工具呢?本文对此展开研究,结合工作经验提出如下几种观点。
2.1 主副填料函拆卸工具使用方法
主、副填料函拆卸工具工作过程如下:拆卸主、副填料函时,通过主填料函上下基础板固定主填料函,副填料函上下拉板固定副填料函使其在顶杆的作用下上升,从而带动副填料函上升脱离主填料函,工作时工作人员只需通过旋转顶杆,通过螺杆与螺母间相对运行即可使副填料函脱离主填料函。相比较之前人工的更换操作,不仅缩短了填料函拆卸操作时间,还提高了工作效率,之前进行此项操作需要4~5个人合力进行操作,现在仅需1~2个人就可以完成此项操作。而且之前在拆卸过程中,由于工人的工具使用不当,很容易对填料函造成损伤。
2.2 填料压紧工具使用方法
填料压紧工具过程:将衬套放在支撑圈上,在衬套中先放入隔离环,再放入所需压紧的填料并正确到位,最后将插塞插入衬套,利用千斤顶压缩填料5~10s,按照先前计算的载荷,用千斤顶压缩插塞5~10s;本项操作完成后,在衬套中取出已压缩成型的填料。此工具的设计,极大提升了填料函的使用时间,原本的填料函只能使用两个月左右就需要进行更换,本工具的设计可以使填料函中的物料压得更紧实,不容易受到柱塞在往复运动中造成的磨损,将填料函的使用时间增加到了半年。这样也间接减轻了工人们的工作压力,原本两个月就需要更换一次,现在半年更换一次。
3 实际应用效果
3.1 工作效率的提升
将设计的往复式高压柱塞泵主副填料函拆卸工具应用到公司所有柱塞泵的维护保养中,根据实际的验证效果对比,在没有使用专用拆卸工具前,更换一台往复式高压柱塞泵(型号Titano 31400)的全部填料需要用时14h,拆卸一个主副填料函需四人共同完成;在完成操作后,更换一台泵填料耗时7h;而使用专用工具进行填料函更换操作时,人数可以减少至两名,但是,相应的时间却缩短了,整体效率更高。原本在不借助本文设计的填料函压紧工具对填料函进行填料时,添加一个填料函的材料需要的时间为2h,使用了本文设计的填料函压紧工具,仅需1h就可以完成。填料压紧工具的使用则极大提升了填料的压紧量,延长了填料使用寿命,由原来的2个月需更换一次填料,提高至半年更换一次填料,提高了维修质量,降低了公司的维修费用,为公司的顺利生产铺平了道路。由此可以看出,机械设备的辅助可以让填料效果更加凸显,也可以降低人员、财力的支持力度,从而与新时代低碳环保政策相适应。
3.2 劳动强度显著降低
专用工具的使用改变了人力拆卸的现状,降低了拆卸连续操作的时间,使得员工在拆卸后仍然能够保持一定的力度。这是专用工具高效性的一种体现,基于两人与专用工具的基本拆卸操作,可以减少维修的人员,可以安排更多的人手去做其他工作,原来更换一台柱塞泵填料函需要4~5人,现只要1~2人,极大降低了员工的劳动强度,员工不必再为过分的工作量而烦恼,同时还可以腾出更多的精力来工作于其他环节。
3.3 安全系数的提高
既然是专用工具,那么就有着一定的专用性、针对性等,因而可以让工具更加匹配相应的工序。实践表明,在使用专用工具后,告别了多人配合拆卸的时代,预防了碰伤、砸伤等人身伤害事故的发生,毕竟很多人员已经不必在一线工作,利用机械来保障了工人们的生命安全,这个效益是长期的,与当今时代高质量发展的行业特征也是比较吻合的。
4 结束语
往复式高压柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料压紧工具的应用,具有节约公司填料函拆卸、更换填料的人力与时间成本,工作效能高的情况下保证了安全性。专用工具的使用,使得填料函的拆卸标准化、规范化、易操作,改变了人力使用榔头、铜棒等硬撬拆装部件的现状,提高了填料函的使用寿命,让拆装维修工作人员能够以更短的时间、更安全更高效的操作完成维修、更换、填装,进而既能保证人力资源的高效利用,又能保证柱塞泵再次投入运行的时间。
本文还专门设计了一种填料函的压紧工具,因为柱塞泵在运转过程中,柱塞是做高速直线运动,而填料必须和柱塞紧密结合才不会发生磨损。原本的填料函只能使用两个月左右就需要进行更换,经过本文的设计极大增加了填料函的使用时间,这在一定程度上也减轻了工人的负担。虽然设计了专门的填料函拆卸工具,但是按照以往的填料函压紧方式,还是两个月就要更换一次,虽然更换的效率变高了,但是更换的时间相对来说也是很长的。按照现在的压紧方式,不仅降低了工人的劳动强度,还降低了材料的损耗,因而具有一定的时代特色,从效率提升方面做出了重要贡献。
往复式高压柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料压紧工具,在工作效能方面具有显著的便捷性、安全性、易操作的特征,解决了原本填料函拆卸复杂、耗时耗力、填料使用时间短且需频繁更换的现实问题,能够更好地用于大型贝罗尼柱塞泵安装和检修过程中。