水泵联轴器的改造

雷震彬，许大洪

（1.南宁化工集团有限公司，广西 南宁 530022；2.广西高峰矿业有限责任公司，广西 河池 547205）

0 引言

广西某矿业有限责任公司选矿厂旁边设计厂前回水塘，选矿回水全部在此汇集。回水塘旁边设计一座泵站，泵站内安装四台水泵，水泵将水塘内回水输送至高差70 m 的高位水池，供生产使用。四台水泵中，有两台300S90 水泵（编号1#、2#），两台200D43×3 三级泵（编号3#、4#）。一般来说，常开1#水泵和3#水泵，水量能正常满足生产需要。

1 存在问题

看水泵型号可知，1#、2#泵为单级双吸离心泵，3#、4#泵为三级离心泵。这四台水泵安装的联轴器均为弹性套柱销联轴器。弹性套柱销联轴器是利用一端装有弹性套的柱销，装在两半联轴器凸缘孔中，实现两半联轴器连接的一种联轴器。这种联轴器曾经是我国应用最广泛的联轴器，早在20 世纪50 年代末期即已制订为机械部标准：JB 108-60 弹性圈柱的销联轴器，之后逐步升级，现行国家标准为GB/T 4323—2017。现在工厂中，弹性套柱销联轴器应用仍然较多，尤其适用于频繁正反转的设备中。

使用中，课题小组发现，3#水泵联轴器的弹性套的使用寿命较短，需要定期更换。经统计，弹性套的平均使用寿命仅为600 h，年更换14 次。更换弹性套时需要先开起备用泵，再停故障泵，随后更换。更换时间长达2 小时。更换时，还需要对联轴器全面检查，是否存在磨损，磨损超差了，需要一同更换。频繁更换弹性套，不仅浪费人力、物力，财力，浪费时间，也不能满足生产需要。

相比之下，1# 泵的联轴器中的弹性套使用寿命长，寿命为7500 ，比3#泵多6900 h。同样是弹性套柱销联轴器，安装在不同型号的水泵上，其弹性套的使用寿命相差巨大。因此，课题小组对3#泵的联轴器进行攻关，将所有影响因素都查找出来，制定方案进行整改。

2 问题分析

下面课题小组对影响联轴器弹性套使用寿命的因素逐一进行分析，有针对性进行整改实验，以提高联轴器的使用寿命。

2.1 弹性套与销轴的配合性质对寿命的影响

图1 是未使用过的新弹性套。附图2 是更换下来的损坏的弹性套。

图1 新弹性套

图2 损坏的弹性套

从图2 可以看到，新的弹性套为圆形件，它的尺寸为φ35 mm 外径×φ18 mm 内径× 10 mm 厚度。损坏的弹性套都是一侧严重磨损，甚至磨损至开口，另一侧基本上完好无损。与弹性套外圆配合的是电机的半联轴器。在现场发现，电机半联轴器上的销孔表面光滑，没有磨损痕迹。与弹性套内孔配合的是销轴，配合处比较光亮，有偏磨的痕迹。根据这些表象，我们初步判断为弹性套损坏原因是销轴与弹性套配合过松。如果销轴与弹性套配合过松，受力中，两者之间会产生相对位移，发生相互摩擦，摩擦产生磨损，致使损坏。于是，将它们之间的配合性质进行改变，原来的配合为过渡配合，我们改为过盈配合。过盈量为0.3 ～0.4 mm[1]。

将销轴与弹性套的配合改为过盈配合后，弹性套的使用寿命提高到了900 h，比之前多300 h。对联轴器检查，依然是弹性套内孔一侧严重磨损，销轴轻微磨损。

实验证明，销轴与弹性套的配合性质不是影响弹性套的主要因素。

2.2 弹性套材质对寿命的影响

弹性套作为联轴器重要零件，将电机的动力传递给水泵，受力很大。如果材质选用不当，必将会影响其使用寿命。我们厂弹性套的材质为耐油橡胶，这种材质除了具有较高的弹性和耐磨性外，还具有较好的耐油性。在生产现场，维修设备中，弹性套可能会沾到油脂。弹性套的材质选用耐油橡胶，就可以避免油脂对弹性套的腐蚀，避免油脂对弹性套的不良影响。现在耐油橡胶弹性套安装在3#泵上，使用寿命低。通过查阅相关资料，一致认为，弹性套材质改为聚氨脂会更好。

聚氨脂是一种高分子材料，抗压强度比耐油橡胶高。聚氨脂既耐磨，又有弹性，同时也耐油脂腐蚀[2]。聚氨脂作为弹性套，比耐油橡胶好。市场上可以购买到这种产品。将聚氨脂弹性套装到水泵上使用，统计发现，聚氨脂弹性套的使用寿命为1240 h。

实验证明，弹性套的材质无论是耐油橡胶，还是聚氨脂，对其使用寿命的影响不大，不是影响寿命的主要因素。

2.3 弹性套厚度对寿命的影响

3#水泵安装的联轴器是标准的弹性套柱销联轴器，它的φ216 mm 圆周上均匀分布10 个柱销，每个柱销上套放了4 个弹性套，10 个柱销上套放了40 个弹性套。弹性套的尺寸为φ35 mm 外径×φ18 mm 内径× 10 mm 厚度，它的厚度薄，体积小，变形量有限，不可能发生较大变形。如果受力较大，产生了较大变形，就会加速其损坏。单个弹性套体积小，容易损坏，将4 个弹性套合在一起，变成一个弹性圆环，体积增大了，抵抗变形的能力会得到提高，不易损坏。

将标准的弹性套改为非标的弹性圆环，是一种大胆的探索。通过供应商采购聚氨脂材质的弹性圆环。应用后，弹性圆环的使用寿命1600 h。实验证明，弹性套厚度不是影响其寿命的主要因素。

2.4 水泵与电机的同轴度对弹性套寿命的影响

如果水泵轴线与电机轴线的同轴度超差，会在联轴器上产生很大的应力，会造成联轴器销轴与弹性套之间有较大的相对运动，加剧它们之间磨损，弹性套容易损坏。水泵厂家要求，水泵与电机的同轴度小于0.1 mm。

对3#泵联轴器进行检查。联轴器加工精度较高，销孔的内壁光滑，分布均匀，不会影响到泵与电机的正常使用及弹性套的使用寿命。然后，对联轴器安装精度进行测量。测量发现，电机中心线比泵中心线高0.15 mm，左右偏离0.09 mm。对照厂家要求，同轴度超差，需要调整。我们使用百分表，以水泵半联轴器为基准，测量电机半联轴器的外圆及端面的跳动。通过调整垫片厚度，通过左右移动电机位置，保证电机半联轴器的跳动度在0～0.06 mm[3]。

精确校好了水泵与电机的同轴度，保证水泵及电机安装符合厂家安装要求，然后开机运行。这次，联轴器的弹性套的使用寿命为1800 h。

实验证明，水泵与电机同轴度也不是影响联轴器弹性套的主要因素。

2.5 泵轴窜动对弹性套寿命的影响

1# 水泵与3# 水泵联轴器的型号都是弹性套柱销联轴器，但它们的弹性套的使用寿命相差巨大。经过对比发现：1#水泵联轴器弹性套的使用寿命7500 h，它是单级双吸离心泵。这种水泵内的叶轮是由2 个叶轮背靠背铸成，因而叶轮受到的轴向推力相互抵消，达到平衡，泵轴上没有轴向推力。泵轴由2 个深沟滚子轴承支承，固定可靠，运转中，泵轴没有轴向窜动。而3#水泵为三级离心泵，泵轴上装有3 个叶轮，3个叶轮依次串在一起。我们对运转中的水泵泵轴进行观察，发现泵轴一直处于轴向窜动状态。一会向传动端窜动，一会向非传动端窜动，窜动的位移1～3 mm不等。

泵轴的窜动是对泵轴轴向力的自动平衡[4]。原来，泵轴上安装了3 个叶轮和1 个平衡盘。由于3 个叶轮的前后盖板的形状不对称，会产生一个轴向力。这个轴向力指向泵的传动端（吸入端），使泵轴及叶轮向传动端窜动。为了防止窜动造成叶轮与泵体碰撞损坏，在泵轴后端设计安装了1 个平衡盘，通过平衡盘与泵体之间形成的空间的液体压力的变化，来控制泵轴的窜动，达到泵轴的轴向力的平衡。

泵轴的窜动平衡了轴向力，避免水泵零件碰撞损坏，让水泵稳定运转，可对联轴器的弹性套不利。弹性套会受到窜动的影响，不断与销轴摩擦，摩擦产生磨损，最后导致弹性套损坏。因此可以判断泵轴的窜动是弹性套损坏的主要原因。

其实，不管弹性套的形状尺寸如何改变，工作中，弹性套的一侧始终处于受挤压状态，另一侧则处于自由状态。受挤压那一面同时受到泵轴的轴向力和径向力作用，逐渐疲劳，逐渐磨损，较快失效。

为了有效提高联轴器的使用寿命，降低其故障率，决定对联轴器进行改造。

3 新联轴器的选用

鉴于3#水泵泵轴存在轴向窜动，窜动是联轴器上的弹性套损坏的主要原因。因而我们决定不再使用弹性套柱销联轴器，另选其它联轴器，所选的联轴器必须具有适应泵轴窜动而不损坏的功能。考虑到联轴器存在制造误差和安装误差及联轴器必须加工方便，安装方便，维修方便，我们决定将水泵的联轴器改为弹性柱销联轴器。

弹性柱销联轴器是利用若干非金属弹性材料制成的柱销，置于两半联轴器凸缘孔中，通过柱销实现两半联轴器联接的一种联轴器。这种联轴器的优点是，额定转矩大，适应大功率设备使用[5]。同时，能适应泵轴的窜动，柱销在泵轴的窜动中受到的损伤极小。柱销的材质一般选尼龙6。弹性柱销联轴器外形图如图3。

图3 弹性柱销联轴器外形

对弹性柱销联轴器进行计算选型。

电机功率160 kW，额定转速1450 r/min，其额定转矩为：

式中：p为电机功率，kW；n为电机转速，r/min。

新联轴器的转矩：

式中，K为工况系数，水泵为重负荷机械，K取2.75。

考虑水泵轴轴头直径为65 mm，电机轴头80 mm，根据GB/T 5014—2017 弹性柱销联轴器标准，选用LX6 型联轴器，其公称转矩为6300 N·m[6]。联轴器的外径280 mm，柱销所在圆周的直径218 mm，柱销直径42 mm，10 个柱销均布。

4 新联轴器的使用寿命

弹性柱销联轴器在200D43×3 水泵（3#）上的安装如图4 所示。

图4 弹性柱销联轴器安装

新联轴器安装使用以后，水泵运行状态良好。新联轴器是以尼龙柱销逐渐磨损，最后折断而失效的。它的使用寿命为6120 h，比初始使用弹性套柱销联轴器的寿命（600 h）多5520 h，提高了10.02 倍。

5 结语

弹性套柱销联轴器在选矿厂200D43×3 水泵上使用，弹性套的使用寿命低，需要频繁更换，不能满足生产要求。通过查找，找出影响弹性套使用寿命的5 个因素，其中，主要因素是水泵泵轴的轴向窜动。

将水泵改造为弹性柱销联轴器后，使用寿命比原联轴器提高10.02 倍。说明此次联轴器的转型改造是成功的，弹性柱销联轴器比弹性套柱销联轴器更适合在200D43×3 水泵上使用。