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合金轴承解决断裂问题

石墨合金
石墨合金轴承解决断裂问题

合金轴承解决断裂问题

当美国一家大型炼油厂的立式涡轮泵在三年内发生两次故障时,工程师们知道这一定是一个大问题。第二次断裂的位置和第一次完全一样。解决方案采用了一种能够在极端温度下工作的特殊合金。

位于德克萨斯州的Baytown炼油厂日产量为50万桶,该炼油厂实施了一项维护计划,计划在大修之间运行10年。显然,在2010年7月和2013年5月在同一地点发生故障的立式泵无法实现这一目标。

彻底的检查和分析显示,根本的问题不是轴本身,而是使用了错误类型的轴承材料。这个装置是一个4级14 GH Byron Jackson立式涡轮泵。当它进入ITT PRO Services维修车间时,它被完全拆卸并在维修前进行检查。

检查和记录

这包括检查和记录尺寸,爆破和清洗所有部件以供检查,对所有部件进行完整的外观和尺寸检查,并进行无损检查(NDE),如磁粉测试/染料渗透测试(MT/PT)和阳性材料识别(PMI)。完成后,一份报告被提交给炼油厂的旋转设备组审批。

头轴在螺纹端部断裂,线轴和泵轴轴承有中度或重度摩擦损伤。碗形轴承、吸入钟轴承、填料函轴承和直线轴轴承都对轴外径有过大的间隙。各种成分表现出轻微的侵蚀、点蚀或磨损。无损检测发现在吸入钟、碗叶片和轴承配合区域有裂纹,在排出碗法兰处也有12处裂纹。

第一级和第二级叶轮也有小裂纹迹象,这是由钎焊修复。德克萨斯州Staff ord ITT Goulds Pumps的销售工程师Shane McAfee说:“无论裂缝是明显的、严重的还是微不足道的,我们都会建议进行修复。”“裂缝不是设计出来的。如果你看到一个,你需要问一下在运行过程中发生了什么,为什么这些裂缝会形成。”

修理旧泵时,可能会出现一些侵蚀、磨损和点蚀。但破损和腐蚀是意想不到的。McAfee先生补充说:“我们发现了一个意想不到的问题,那就是这些套筒轴承的内径(ID)和外径(OD)都出现了腐蚀损伤。”

由于可能与泵轴外径接触并暴露在被泵送的液体中,轴套轴承内径磨损是常见的。但内径或外径上不应有腐蚀损伤。

一个安装了Graphalloy的泵的典型例子。

一个安装格拉瓦洛依泵的典型例子。

轴承损坏

轴承损坏也为轴和其他部件的开裂提供了可能的根本原因。一旦ODs退化,轴失去支撑,被允许过度偏转,并引入振动到泵的其他部件,导致应力和开裂。

泵内的青铜轴承应该能够承受被泵送的异戊烷的暴露。但偶尔会有苛性钠流入,很容易与青铜反应。需要选择一种新的轴承材料,既适用于异戊烷又适用于苛性钠。ITT公司高质泵联系了炼油厂的旋转设备组,提出更换材料的想法。

根据工厂一位工程师的建议,他们想出了Graphalloy,一种石墨/金属合金,作为自润滑轴承材料。McAfee先生说:“Graphalloy是一种与多种泵送液体兼容的材料,在高温应用中提供了很好的选择。”由于它是自润滑的,轴承不需要润滑脂或机油。这不仅减少了维护要求,还允许石墨烯在润滑剂或塑料不能工作的条件下工作。

温度不是问题,因为这种材料的产品在530°C高温下工作,油基润滑油会燃烧或氧化,塑料会失效。对于低温应用,如液化天然气,这些轴承将保持其自润滑而不凝结或凝固。如果泵干了,它们将保持润滑而不会磨损或卡住。

对于这种垂直泵的应用,ITT公司和炼油厂选择了Graphalloy GM 111.3,这是一种镍石墨/金属合金材料,可以承受高达400℃的温度,并具有自润滑和耐腐蚀的性能。石墨合金衬套分别安装在填料箱、柱、吸钟轴承配合碗内。

经过机械加工、焊接、切割、钻孔、重新组装和测试后,泵被涂漆、包装并运回炼油厂进行安装,目前运行效率高,没有出现任何问题的报告。

最初发表在世界泵杂志。

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