进口隔膜泵连杆轴承常见故障及维修

赵 峰

（国家电投集团山西铝业有限公司，山西忻州 034100）

0 引言

进口隔膜泵是氧化铝生产中的关键设备，其重要性如同人体的“心脏”，也是氧化铝实产中经常“卡脖子”的地方，各个企业都非常重视。常规故障一般很快就能恢复生产，然而动力端故障由于维修技术难度大，尤其进口设备有时还需要国外技术的支持，维修时间长，给生产造成巨大影响。动力端故障中的常见也是最关键的是连杆轴承，不同于常规轴承的拆装和要求，其设计理念非常先进，拆装方法特殊、安装标准高、技术难度大。山西铝业有限公司近几年分别维修了德国和荷兰的3 种共13 台进口隔膜泵，本文就进口隔膜泵连杆轴承的故障及维修注意事项进行探讨，希望能为氧化铝行业或有类似设备的企业提供参考。

1 带紧定套的轴承简介

大部分轴承的轴孔为圆柱形，与轴的装配是利用热胀冷缩原理，通过加热轴承或低温冷却轴的方法进行（图1）。紧定套有时也称为锥形衬套、胀紧套。

图1 圆柱孔轴承和圆锥孔轴承

圆锥孔轴承的轴孔为圆锥形，与紧定套通过锥面进行紧密配合，一起固定在圆柱形的轴径上。通常情况下，紧定套表面的锥度为1∶12。与圆柱孔轴承相比，带紧定套的圆锥孔轴承具有明显的特点。

1.1 优点

（1）紧定套结构特点决定了其良好的自锁性，可以应用于光轴上，避免阶梯轴应力集中的不足。

（2）拆装方便，可以固定在轴的任何位置，轴向定位调整灵活。

（3）新安装或轴承轻微磨损后，径向游隙可以通过紧定套调整。

（4）能够方便地安装在大型或结构复杂以及现场条件受限的设备上。

氧化铝行业的隔膜泵作为大型设备，尤其受限于曲轴结构的复杂性和轴承大型化（直径960 mm），现场安装不适用于热装法，上述（1）、（4）两方面的优势尤为突出。

1.2 缺点

（1）技术难度大，尤其对于大型重载设备，对材料的要求高，并且需要制造厂家进行大量的基础研究和试验作为技术支撑。

（2）径向游隙变化大、安装要求高，对安装工人有较高的技术水平要求，同时还需要丰富的经验积累。

（3）通常需要一些专业液压工具配合拆装。

（4）装配精度达不到要求，容易加速轴承损坏或者松动失效，影响相关部件的寿命。

从国外技术人员现场的多次拆装过程看，进口隔膜泵连杆轴承的维修，一方面必须借助于可靠的专业液压工具，另一方面过程控制并不局限于理论计算，而是根据不同轴承出厂时公差范围内的微小尺寸区别（虽然所有轴承都是合格的），结合实践经验在过程中加以修正，确保达到理想的安装效果，提高设备长周期的可靠性。

2 进口隔膜泵连杆轴承的特点

氧化铝行业的进口隔膜泵属于重载设备，而且曲轴结构复杂，为确保连杆不偏摆，连杆轴承选定为带紧定套的圆柱滚子轴承。与常规带紧定套的轴承比较，连杆轴承除了外形较大、承受交变重载之外，最大的不同是安装时在径向方向增加了预载荷（即预紧），而且最终使轴承内部处于负游隙状态。

增加的预载荷在进口隔膜泵中有以下5 个特殊的作用：

（1）在滚子与内外套圈之间总是保持一种预压力，使轴承在重载荷下游隙依然很微小甚至不产生游隙，大大提高旋转精度与定位精度，从而保证十字头运行的稳定性。

（2）可以抑制振动及噪声。预载荷使工作游隙越小，滚子在无载荷区的引导性越好，振动和噪声就越小。

（3）能够有效约束轴承滚子的公转滑动、自传滑动，减少磨损。

（4）增加了载荷区的滚子数量，轴承负荷更均匀，降低单个滚子的负荷，减少轴承在重载时的弹性变形，提高运行的可靠性。

（5）可以提高轴承的使用寿命。轴承游隙在运行过程中会因为磨损而增加，提前增加了预载荷可以有效补偿游隙。

3 进口隔膜泵连杆轴承常见故障的原因

结合进口隔膜泵的工况和连杆轴承的自身特点，对经常出现的不同于常规轴承的两种故障进行介绍及原因分析。

3.1 轴承内圈断裂

（1）安装或拆卸过程中受到了较大的冲击力。该类大型设备和轴承，经常受限于现场条件，没有做好准备措施，在拆装时急于求成、野蛮维修，会冲击轴承。另外，吊装过程中控制不当造成磕碰，也会导致轴承受到剧烈的冲击。

（2）安装游隙控制过小。该类轴承对按照技术人员的要求较高，负游隙过小，导致轴承过盈量太大，弹性范围减小，内圈应力加大，尤其在隔膜泵不均匀反复的重载冲击下将内圈胀裂。

（3）安装游隙控制过大。负游隙过大或为正游隙，一方面导致载荷区的滚子数量减少，增加了单个滚子的接触力；另一方面在重载的情况下，也会使轴承内圈的形变增大。

（4）运行过程中受到冲击。在氧化铝行业中，经常由于卡阀、隔膜破损、溶出机组故障甚至活塞杆频繁断裂等原因，导致隔膜泵突然间运行压力大幅波动、运转不平稳，动力端受到严重的冲击，因此建议通过重视设备、加强操作和专业点检定修等措施，减少连杆轴承的冲击。

（5）连杆轴承的内圈或曲轴与紧定套之间出现窜动，导致轴承完全偏离正常工作状态而引起内圈断裂。

3.2 轴承内圈、紧定套、曲轴互相窜动

（1）装配表面不洁净。由于存在杂质，导致配合面的接触面积大幅减小且不易发现，在运转一段时间后，由于摩擦力不够而出现窜动。此外，由于紧定套与曲轴完全靠过盈量紧固在一起，如果配合面油污、杂质和水，也会导致摩擦力减小出现窜动。

（2）配合面边角有毛刺或胀边，同样会导致装配不到位出现窜动。

（3）维修过程中磕碰损伤装配面。由于隔膜泵的零部件都较大，很多情况下要借助于行车或手拉葫芦，拆装不灵巧，导致磕碰装配面。甚至在安装紧定套时无法借助起重设备，只能靠多人配合手工组装，更容易碰伤配合面。

（4）曲轴表面处理不彻底导致非正常接触，接触面积小于80%的最低要求。例如，在设备故障时曲轴表面出现粘附磨损，表面有沟痕或划伤；维修过程中磕碰表面出现个别高点。

（5）轴承与紧定套未配套使用。为保证安装质量，内圈和紧定套在出厂前已进行过配对研磨，所以在更换时必须按照标记或装箱清单配套使用、不能混用，否则接触面积有可能达不到安装要求。

4 连杆轴承维修的注意事项

常规轴承紧定套的尺寸和形位公差参照标准GB/T 9160.1—2017 和ISO 2982-1：2013 制造。但是，通过对隔膜泵进口连杆轴承的测量对比，发现紧定套圆锥表面对内孔的径向跳动量、圆锥表面的锥角偏差等参数的公差平均比国标和国际标准高出5倍以上，可见连杆轴承“大而不笨”，属于大型化、高精度、重载荷设计，其维修有很多地方不同于常规轴承（关于连杆轴承的详细拆装步骤本文不进行赘述）。山西铝业有限公司有3 种不同厂家的大型进口隔膜泵，通过多台大修工作，积累了一定经验。针对维修过程中不同于常规轴承需要注意的事项进行探讨：

（1）高度重视，仔细认真。连杆轴承为进口备件，属于高精度、重载荷设计，为非标轴承，在各个方面比一般带紧定套的轴承要求高很多，所以，在维修时必须给予足够的重视，所有拆装工作必须缓慢进行，边维修、边检测、边检查，尤其是对细节的处理马虎不得。

（2）安装前高标准的清洁非常重要。必须把轴承内圈、紧定套、曲轴的表面进行认真细致地清洁，不能留有任何尖角、毛刺，必要时用专业砂纸打磨，避免影响装配精度。

（3）多人配合要默契。紧定套打压前，确保润滑油和所有油路必须清洁。紧固人员和打压泵操作人员要紧密配合，时刻进行交流沟通，确保打压时缓慢升压，紧固圆螺母时保持打压泵压力不会突然升高。

（4）过程洁净同样重要。由于曲轴不是阶梯轴，紧定套与曲轴完全靠过盈量紧固在一起，所以要求曲轴表面和紧定套内表面不能有任何油污、杂质和水，建议用专用的清洗剂彻底清洁，然后用干净的布擦拭干净。安装紧定套时，相关人员最好佩戴洁净干燥的纯棉手套，以减少配合面的污染。

（5）紧定套与轴承必须按照标记或装箱清单配对使用，不能混淆。

（6）游隙控制是关键。该轴承最终安装要求为负游隙，无法直接测量，只能间接通过轴向推进量或紧定套圆螺母的旋转角度来推断。虽然厂家给出了轴向位移与径向游隙的关系式，但是只能作为参考，因为不同的轴承厂家以及轴承间的个体差异存在，必须从实际情况出发，安装时通过测量、计算、比对，并融合一些实际经验，最终达到安装要求。

5 结束语

氧化铝行业大型隔膜泵的连杆轴承有其独特性，多年来其设计、制造、安装技术一直被国外厂家垄断，过高的产品附加值和售后费用大大提高了我国企业的成本。不过，随着我国材料和制造加工能力的不断提升，多年来国内厂家已经潜心做了大量的基础工作，坚持不懈地对国外技术进行研究、消化、吸收和自主创新。一些企业已经实现了国产化大修替代进口隔膜泵，打破了国外技术垄断，成本仅是国外的50%，而且效果良好。