YLG高温液下泵的轴承润滑结构的改进设计

隋金敏 高红

摘要：烟台恒邦泵业有限公司开发的YLG系列高温液下泵是立式悬臂泵，在消化吸收国内外先进技术的基础上，采用国际IS02858标准，其安装尺寸按国家标准或用户要求设计，整台泵采用了先进的轴承结构，有效的冷却方式，独特的迷宫密封型式，是抽送480℃以下的高温熔盐（硝盐、三聚氢胺、富马酸、高锰酸钾等）和高温导热油的专用特种泵。

关键词：YLG高温液下泵 轴承结构 迷宫密封 脂润滑

2. 引言

抽送480℃以下的高温熔盐（硝盐、三聚氢胺、富马酸、高锰酸钾等）和高温导热油的液下泵，在运转时，泵体、泵盖、叶轮和轴都浸没在高温介质中，高温介质的热量顺着轴会传递到轴承箱体当中，轴承箱体中轴承的温度达到了80℃以上，超过了滚动轴承正常运转的温度范围。这种高温的运转环境对滚动轴承的润滑和冷却提出了较高的要求，如何保证滚动轴承在高温的介质下处于润滑良好的工作状态是整台泵能否正常运转的关键。

YLG系列高温液下泵是烟台恒邦泵业有限公司在消化吸收国内外先进技术的基础上，采用国际IS02858标准而开发的新产品，是现有液下泵的改型产品。其安装尺寸按国家标准或用户要求设计，整台泵采用了先进的轴承结构，有效的冷却方式，独特的迷宫密封型式，是抽送480℃以下的高温熔盐（硝盐、三聚氢胺、富马酸、高锰酸钾等）和高温导热油的专用特种泵。主要适用于化工、化肥、顺酐、苯酐、三聚氢铵、金属冶炼和石油炼制等行业。

3. YLG高温液下泵的结构设计

2.1常规Y型液下泵的性能范围如下：

流量：3.6~360m3/h

扬程：15~41m（降速使用后扬程下限可达6m）

压力：~1.6MPa

温度：-20~+140°C

用途：可广泛地应用于化工、石油、冶金、合成纤维、医药、科研、制碱等部门输送不含固体颗粒的各种腐蚀性介质。

结构：Y型液下泵主要由泵盖、泵体、叶轮、轴、轴衬、轴承架部件、接管、出液管、底板、导轴承体、下接管等组成，以适应插入容器深度的需要。泵的吸入口顺着轴线方向，出口与轴线平行，轴线应与水平面垂直。为使泵能安全运转，轴承处应以黄干油润滑，轴颈密封处可通冷却水，防止温度过高，若泵置于开口容器时，填料密封可放松，以减小填料与轴套的摩擦。为防止介质接触腐蚀，零件轴衬我们配以石墨和四氟乙烯两种材料，用户可任选并在订货时提出。泵出厂时，按输送介质比重为1.5配置电机。泵可利用吸程，增加其插入深度，但液面必须在高于叶轮中心线以上开车，启动后液面低于叶轮中心线时，只需连续运转即可，吸入高度不得大于4米。从驱动端看，泵按逆时针方向旋转。为防止损坏零件，此泵禁止空运转。特殊性能可另行设计。

2.2 YLG系列高温液下泵的结构设计

常规Y型液下泵的输送介质的温度范围为-20~+140°C，超过这个范围后，轴承部件中的轴承温度过高，轴承磨损，整台泵不能正常运转。针对这种特殊工况，烟台恒邦泵业有限公司开发了YLG系列高温液下泵。

下面以用户山东舜天化工集团有限公司提供的参数为依据，介绍一下YLG系列高温液下泵的设计方案。

高温介质为硝酸钾53%、硝酸钠7%、亚硝酸钠40%，温度为180/400/440℃，流量：700m3/h，扬程:45m，密度为1780Kg/m3,，材质为35CrMo，液下插入深度为2.7米，电机为：YLKK4502-4/250KW/10KW。

用户的介质工况参数超出了Y型液下泵正常的性能范围，烟台恒邦泵业有限公司为该用户特殊设计了该泵。根据流量、扬程的参数，借用MCZ200-400化工流程泵的泵体、叶轮水力尺寸，新设计了YLG200-400高温液下泵。YLG为高温液下泵的代号，200为出液管的口径（mm），400为叶轮的名义直径（mm）。

结构说明：

YLG系列高温液下泵是立式悬臂泵，主要由泵体、泵盖、叶轮、轴套、滑动轴承、泵轴、接管、出液管、迷宫密封、轴承座、电机座、底板、联轴器、冷却水管、立式电机等组成。

泵底板以下称之为液下部分，安装时被插入高温介质中，泵体、泵盖、叶轮都浸没在液面之下，转动叶轮就能把高温介质抽送出去，叶轮通过泵轴和接管与底板上方的轴承座、电机相连。

轴承架内装有二套角接触球轴承，一套圆柱滚子轴承，轴承由复合钙基子脂润滑。下轴承座外腔有封闭的水腔室进行水循环冷却，以阻止因液下温度较高，串热至轴承部位，降低轴承温度。水冷腔焊有两根DN25的冷却水管，冷却水量以0.3-0.5 m3/h，压力0.1-0.2MPa为宜，保证轴承箱体的温度不高于80°C。

泵轴一般是一根长轴，整台泵共有三个轴承支承点，底板上面为两个滚动轴承支承点：角接触球轴承和圆柱滚子轴承，底板下面为滑动轴承支承，支撑部位多，泵运行平稳。

泵底板和出液管上安装的填料密封，只起防止高温介质飞溅出来和不小心冷水溅入泵中的作用，在正常使用时，无需压紧。

三、改进的部位

1、传统液下泵轴承的脂润滑水冷却结构

传统液下泵的滚动轴承采用脂润滑，上端的两套角接触球轴承，承受双向轴向力和部分径向力，中间的圆柱滚子轴承，仅承受径向力。圆柱滚子轴承的外部设计有水冷却室，由轴散发的热量通过大流量的水冷却很快被带走，使往上端角接触球轴承的传热量尽量减少。润滑脂由轴承压盖中的油杯加入，同时润滑两套角接触球轴承，轴承箱体上装有骨架油封，防止润滑脂泄露。

结构形式见图：

这种脂润滑水冷却结构对轴承、轴的散热和冷却是有效的，但是上端的两套角接触球轴承仅仅依靠一个油杯中流下的润滑脂润滑，在实际运行过程中，发现第二套轴承的润滑效果不好。利用轴承箱体中的骨架油封密封润滑脂，这种结构属于接触式密封结构型式。骨架油封与轴直接接触，运转中磨擦力较大，发热亦大，接触面容易磨损，从尔导致密封性能下降，骨架油封需要3个月更换一次，维护、保养麻烦。

改进后的高温液下泵轴承脂润滑的水冷却结构

针对传统脂润滑水冷却结构的缺点，我公司对泵轴承箱体的结构进行了改进。先将角接触球轴承装在轴承套上，然后将轴承套装在轴上，轴承套与轴之间为间隙配合，拆卸简单。轴承箱体上增加了一个注油孔和一个放油孔。润滑脂从轴承压盖和轴承箱体上的两个注油孔进入到轴承箱体中，两套角接触球轴承中间装有固定的轴承间隔环和旋转的轴承甩油环，轴承甩油环在跟随轴旋转时，能将润滑脂均匀甩出去润滑上下两套轴承，通过放油管可以定期更换润滑脂，润滑轴承效果良好。

改进后结构形式见图：

润滑脂的使用寿命是有限的，由于剪切作用和老化，其润滑性能在工作过程中逐渐降低，在使用中磨屑也逐渐增多，因此，每隔一段时间都要补充或更换一次润滑脂。在本台泵的轴承结构中，利用轴承压盖和轴承箱体上的注油孔定期补充润滑脂，利用轴承箱体底部的放油管定期将老化的润滑脂排出来，补充和更换润滑脂非常方便，保证了轴承始终处于良好的润滑状态。

密封润滑脂的结构由接触式的骨架油封密封结构改为非接触式密封的迷宫密封结构。非接触式密封的密封装置和所需密封部位间不发生直接接触。密封间隙处，除了存在润滑脂摩擦外不会出现其他任何的磨擦，这种结构不产生磨损，使用时间较长也不会产生明显的热量，可适用于转速较高的场合。

迷宫密封是在泄漏通道内设多个齿和槽，来增加泄漏流动中的阻力，当泄漏通道两端压差全部消失，基本可实现不漏。迷宫密封有以下特点：

1.对一般密封不能胜任的高温、高压、高速和大尺寸密封特别有效，

2.密封性良好，特别适于高速密封，

3.加工、装配良好时，一般不需要维护，

4.无摩擦、功耗小，使用寿命长。

本结构利用迷宫密封压盖和轴承箱体的齿槽形成迷宫密封，在实际使用过程中可以有效地防止润滑脂的泄漏。

四、结论

这种改进后的轴承结构增加了轴承甩油环、轴承间隔环、放油管、迷宫密封压盖等零件，润滑脂从轴承压盖和轴承箱体上的两个注油孔进入到轴承箱体中，轴承甩油环在跟随轴旋转时，能将润滑脂均匀甩出去润滑上下两套轴承，通过放油管可以定期更换润滑脂，润滑轴承效果良好。利用迷宫密封压盖和轴承箱体的齿槽形成迷宫密封，既能够防止润滑脂的泄漏，又可以不在轴承箱体上安装骨架油封，省去了更换密封件的麻烦，维护、保养简单。

经过在客户现场长时间运转证明，这种轴承结构使用效果良好，维护、保养容易，润滑脂不易泄露。改进后的轴承结构已获得国家实用新型专利ZL 2012 2 0513741.6，可以在高温熔盐液下泵的生产过程中大范围推广。

参考文献：

［1］张松林 《最新轴承手册》 北京：电子工业出版社 ，2007.1

［2］关醒凡 《现代泵理论与设计》 北京：中国宇航出版社 2011.4

［3］成大先 《机械设计手册》第四版 第3卷 北京：化学工业出版社2002.1

［4］杨敏官 高波 贾卫东 王春林 吴纳新 熔盐泵轴承冷却及润滑系统的分析 江苏大学学报（自然科学版） 第26卷第2期 2005.3