刘成浩，李博颖，于勇，周峰

（中国石油集团工程设计有限责任公司，北京分公司，北京　100085）

　　摘　要：分析了立式长轴液下泵的结构特点，从轴承间距、滑动轴承冲洗方式、滑动轴承选材、轴封方式、泵选材等方面对长轴液下泵的的设计、选用进行了分析，为保障立式长轴液下泵的稳定运行提供参考。

　　关键词：立式长轴液下泵；轴承间距；冲洗方式；轴封；选材

　　长轴液下泵属于单级单吸立式泵，可直接安装在罐体或收集池盖板上，泵体部分浸入在液位之下，用于输送中性或有一定腐蚀性的液体、清洁或含固体颗粒的液体。在海外油田地面工程设施中，已广泛应用于开闭排系统。立式长轴液下泵是成熟产品，但在实际应用中仍存在一定风险，如由于振动引起的零件损坏等等。国内一石化公司在新建含油污水池进行含油污水输送泵试车过程中曾发生一起由立式长轴泵泵轴严重振动引起的污水池爆炸事故。

　　1　长轴液下泵两种结构

　　在API610标准中定义了两种长轴液下泵VS4和VS5，如图1所示。图1（a）为VS4型，系单壳体悬吊式蜗壳式压水室，组合轴结构，设有导轴承，介质沿泵径向排入独立出液管。图1（b）为VS5型，系单壳体蜗壳式压水室，单轴悬吊结构。

　　二者的Z大不同在于VS5为单轴结构，VS4为两节或多节结构。泵的插入深度较短，轴长度小于2400mm时^[1]，通常采用单轴设计，即选用VS5；泵的插入深度较长时，若采用单轴设计，由于工艺性较差，制造困难，一般采用接轴的方法，将多根单轴进行串接实现扭矩传递，即选用VS4。采用合理的接轴方式，既能增强泵轴的同轴度，又能降低长轴的加工难度。

　　2　立式长轴液下泵应用注意事项

　　2.1轴承间距

　　立式长轴液下泵采用多点支承方式，液面之上常采用角接触球轴承，液面每根短轴都有滑动轴承支承，滑动轴承固定在中间轴承支架上，中间轴承支架与支承管连接。滑动轴承主要承受泵在运转过程中产生的径向载荷，限制轴系径向自由度，防止其产生过大的挠度，对泵长期可靠运行起着关键性作用。

　　根据插入深度、轴径大小及泵转速，合理选择滑动轴承间距，既影响泵的运行可靠性，又影响到泵设计的互换性和经济性。若间距小，需增加设置轴的支撑点，径向滑动轴承数量增加，增大了加工误差及装配误差出现的可能性，引起盘车困难、偏磨等；若间距大，会直接导致泵运行不稳定、产生振动、噪音增大，影响泵寿命甚至造成事故。为此，API61011th图37中给出了长轴液下泵在不同转速、不同轴径下对应的轴承间距的推荐值，如图2所示。

　　2.2滑动轴承冲洗方式
　　根据泵送介质的不同，应合理选择冲洗方式。长轴液下泵在运转过程中，滑动轴承和轴套摩擦将产生大量的热量，必须对其进行充分及时的冲洗，以达到冷却和润滑的作用。冲洗方式的正确选用影响着泵的安全运转。长轴液下泵通常有两种冲洗方式：自冲洗和外冲洗，见图3。

　　自冲洗方式：泵送介质为清洁介质时，可采用该冲洗方式。在泵出口法兰处引出一管路，使冲洗液流向各滑动轴承，润滑轴承并带走摩擦副产生的热量，降低轴承温度。若泵送介质中含有颗粒而选用自冲洗方式，固体颗粒将伴随冲洗液进入滑动轴承摩擦副，使轴承磨损加剧，对轴承材质是一种考验，轴承损坏风险增大，将引起振动甚至损坏泵造成事故。

　　外冲洗方式：泵送介质为内含较小颗粒介质时，需要从外界接一管路，引入清洁的冲洗液冲洗润滑各轴承，带走摩擦副产生的热量，同时可避免固体颗粒进入摩擦副中。在污水处理系统中，外冲洗方式较为常见。

　　2.3滑动轴承选材

　　轴承摩擦副的选材对轴承工作的可靠性至关重要。水润滑滑动轴承的材料很多，其性能和使用效果不一，如铁梨木、塑料、橡胶、陶瓷、石墨等^[4-5]。

　　含砂水磨实验表明，碳化硅摩擦副在砂水润滑条件下的摩擦因数较低，约0.05~0.13，磨损量是石墨、橡胶、青铜等材料无法相比的，表明碳化硅对固体颗粒的磨粒磨损有较好的适应性^[6]。立式长轴泵使用较多的是呋喃石墨、酚醛石墨。石墨的自润滑性、机械性能、加工性能良好，使得其在清洁介质条件下广泛应用。但石墨耐磨粒磨损性能差，应避免固体颗粒进入轴承。

　　用于含油污水池/罐、生活污水池/罐中的立式长轴液下泵，若过滤装置能保证介质中的固体颗粒不会进入泵中，则可选用石墨作为泵滑动轴承材料。若介质中固体颗粒无法过滤干净，则应选择耐磨性较好的碳化硅作为轴承材料，以增加滑动轴承寿命，但仍然存在轴承损坏的风险。

　　2.4轴封方式

　　立式长轴液下泵在使用过程中，需要根据实际情况选用合适的密封方式：填料密封或机械密封。长轴液下泵泵送液体直接从单独的出液管排出，轴向位置不会有液体泄漏，因此，一般情况下不需要轴封。但是，如果在封闭的容器里，液体有毒、易挥发、不允许泄漏到大气中，就需要安装轴封。如果对轴封的要求不太严格，可用填料密封。如果对密封的要求比较严格，应采用机械密封。采用机械密封时，需要参照API682选用合适的冲洗方案。

　　2.5长轴液下泵材料选择

　　长轴液下泵长期浸没在液下，多数为间断运行，在选用过程中需要考虑腐蚀对泵材质造成的影响。API610附录H给出了推荐的泵部件材料等级，但需注意的是，由于是立式安装，长轴液下泵的过流部件部分，如图3所示的支承管、出液管、冲洗管路等均为过流部件，在选材时需要注意。在海外油田地面工程建设高含盐（Cl-）、高含H₂S、高含CO₂的工况下，开闭排系统泵材质的选择需要综合考虑介质引起的均匀腐蚀、点蚀等，同时应考虑经济因素。

　　3　结论

　　本文结合API610标准及设计经验，从长轴液下泵的结构、滑动轴承间距设置、滑动轴承冲洗方式、滑动轴承选材、轴封方式选取、泵选材几方面，简要分析了在应用过程中需要注意的事项。此外，立式长轴液下泵的制造、安装质量是其稳定可靠运行的重要因素，应严格按照相关标准执行。
　　参考文献
　　[1]张巍，高金文，马立峰等.长轴液下泵的轴系设计[J].水泵技术，2011，（2）：20-22.
　　[2]American Petroleum Institute. API 610-11 Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries[S]. Washington: American Petroleum Institute，2010:95.
　　[3]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].北京：化学工业出版社，2010.
　　[4]王海宝，杨大壮，吴广洁.水润滑轴承设计[J].密封与润滑，2002，26（3）：82-84.
　　[5]林海江，仇宝云，汤正军.大中型水泵导轴承材料比较选用研究[J].水泵技术，2005，37（6）：22-26.
　　[6]卓铭红.立式轴流-混流泵用陶瓷轴承[J].排灌机械，2003，21（2）：24-27.

来源：《石油和化工设备》2014年第17卷