工程实践‖延迟维护会增加泵的故障率

如果你的工厂最近发现锅炉给水（BFW）泵轴承故障激增，那么你并不是唯一一家遇到这些不必要且代价高昂的故障的工厂。故障原因往往难以捉摸，这就是工厂有如此多无法解决的重复故障的原因。

在经济衰退期间，维护费用和培训资金往往首先被削减。维护经理只能授权那些他们认为绝对必要的维修，以保持工厂的正常运转。实际上，这些决定往往助长对泵故障治标不治本，而不鼓励寻找故障的真正根源。久而久之，工厂将承担更高的维护费用，并且由于延迟维护而导致的强制停机次数也会增加。如果工厂要继续可靠运行，就必须确定并纠正泵故障的根本原因。

锅炉给水泵是经常被延迟维护的工厂设备之一，尤其是那些200千瓦至2,000千瓦范围内的锅炉给水泵。延迟维护的影响通常表现为需要润滑的零部件的磨损加剧，例如，目前我们发现达到设计寿命的BFW 泵轴承越来越少。

此外，尽管使用了更好的润滑剂并安装了轴承保护密封，但泵轴承往往是第一个出现故障的部件。为了避免轴承问题，许多设备都更加重视振动监测计划，使操作人员在距灾难发生前的较短时间内才使泵停机。在及时停机后，人们会庆幸自己完成了管理层下达的任务。也就是说，维修工作被推迟到绝对必要的时候进行，只有明显有缺陷的零部件才会被更换。

延迟全面维修并不能从根本上解决故障的原因，而且反复出现的故障会给设备和人力资源带来风险。虽然故障点是零部件链中最薄弱的环节，需要更换，但还有其它因素在推动最薄弱的环节过早出现故障。我们常常忘记，反复出现的故障是更严重事件的前兆。每个时间段内发生故障的泵越多，平均维修间隔时间（MTBR）指标就越短。这一点最值得注意，因为《Pump User's Handbook: Life Extension》中描述的统计数据显示，每1,000次泵故障中就会发生一次严重火灾。

一些设施担心BFW泵 和其它大型泵出现意外停机，因此决定并联运行两台或更多台泵。然而，出于提高功率效率的考虑，许多此类泵的性能曲线最初设计为在流量接近关死点（即0流量点）时扬程曲线相对平坦。因此，从运行点到关死点的压力上升要么不足，要么不存在（见图1）。当一台或多台泵的工作点过于接近关死点时，轴会发生偏转，轴承会过载。这会导致将轴承滚动元件与静止元件分开的油膜变薄，轴承发热，从而引发恶性故障循环。高负荷、薄油膜和高金属温度共同导致轴承过早失效。根据轴承保持架类型的不同，这些故障从逐渐发生、可检测到的突然发生，到难以提前检测的，以及完全灾难性的。

并联运行的泵数量越少，每台泵就越接近其最佳效率点（BEP）运行。相反，运行过多的泵通常会导致其中一台或多台泵在禁止的低流量范围内运行，尤其是当它们各自的扬程-流量 (H-Q) 曲线（图1）不完全相同时。内部再循环和逐渐磨损增加了并联运行泵成功的难度。现在，机械零部件的损坏和与现有最佳设计中风险最小的几何形状之间看似微小的偏差，都会导致BFW泵出现一系列看似随机的故障。叶轮腐蚀和内部间隙损失也会发生。

图1：典型的“平坦”泵性能（扬程-流量）曲线，具有不理想的低流量特性；最佳效率点（BEP）位于1,750 gpm（来源：Heinz P. Bloch）

内部磨损和低流量运行也会导致泵汽蚀。承受一定压力的叶轮区域会随着逐渐磨损而变化。压力乘以有效叶轮面积将产生推力。推力的增加会极大地导致轴承故障，因为轴承寿命与负载成指数反比关系。此外，在使用套筒（滑动）轴承和带有轴驱动蜗轮润滑油供应泵（轴头油泵）的BFW泵上，过大的推力通常会导致蜗轮损坏和润滑油损失。

泵操作员和可靠性专业人员需要停下来，独立和全面地考虑这些风险因素。泵所有者必须认识到，随着多个风险因素的积累，总有一天，一个看似很小的偏差就可能导致灾难性的泵故障，甚至可能导致整个工厂停产。因此，应优先检查所有可能的原因和因素，这些原因和因素最近都合并或导致了BFW泵代价高昂的重复故障。

简而言之，在低流量范围内运行会迫使BFW泵在H-Q曲线的平坦部分运行。当压力传感器发出曲线平坦部分的微小压差信号并启动控制动作时，生产量将会发生很大差异。在泵性能曲线的平坦部分，流量控制和负载分担很困难，并且在禁止的低流量范围内，泵根本无法实现令人满意的长期运行。

最好的补救措施是重建（改造、翻新）和升级工厂的所有BFW泵，然后使用自动或手动控制装置确保泵在H-Q曲线陡峭区域或接近BEP的地方运行。下一步是将升级与良好的操作员培训结合起来，以强化BFW泵系统的设计原理和正确的操作程序。

BFW泵的改造提供了将老式BFW泵升级为当前设计和现代材料（例如高性能聚合物基耐磨环和喉部衬套）的机会。应委托原始设备制造商（OEM）或信誉良好的泵改造/维修商按照OEM规格改造所有泵。

如果你选择对关键流程泵进行改造，请在准备采购订单规格时考虑采用以下标准。

例如，许多流程泵都配备了为轴承供油的油环。这些油环的同心度必须在0.002英寸（0.05 毫米）以内，并且内孔光洁度必须接近32 RMS，才能发挥良好的性能。如果轴系统不是真正水平的，或者浸入油中的深度太多或太少，油环的寿命都不会太长。虽然配备套筒（滑动）轴承的泵需要使用ISO 32级润滑油，但这种粘度等级的矿物油很少能满足带有滚动轴承的BFW泵的要求。理论上，滚动轴承将受益于ISO 68 级矿物油。滚动轴承需要这种更厚的ISO等级，主要轴承供应商建议在最高176 °F（80 °C）的温度下使用ISO 68级矿物油。然而，使用较厚的ISO 68级矿物油会减慢油环的运行速度，而且，还有可能导致套筒轴承失去轴所必须依靠的油楔。

因此，如果在任何泵中，套筒轴承和滚动轴承共用同一个轴承箱，就会产生特殊问题和潜在问题。从本质上讲，粘度是最重要的，如果金属与金属长时间接触，每种类型的轴承都会失效。为了防止这种接触，油膜的厚度必须大于轴承和轴颈表面的粗糙度。油膜的厚度还必须大于偶尔出现在油中灰尘颗粒的大小。最重要的是，需要使用正确的润滑油，并且必须在最需要油膜的表面上形成合适的油膜。长话短说，具有所有必需性能属性（包括油膜强度和油膜厚度）的润滑油必须同时确保油环正常工作。

只有经过充分验证的ISO 32 级合成润滑油才能满足所有这些要求。首选供应商通常使用添加了离子粘合剂的 PAO/二酯合成基础油来配制此类润滑油。油的粘度等级必须是32，特定的合成ISO 32级配方必须为用户提供ISO 68级矿物油的保护和油膜厚度/油膜强度特性。尽管这些特性在你的工厂中可能并不需要，但它们适用于最近意外证明需要大量维修的BFW泵。

在对现有泵的润滑问题进行故障排除时，经常会发现泵轴承箱内有淤泥。水是促进淤泥形成的催化剂。因此，除了油环碎屑外，淤泥通常是水和大气中的污垢造成的。在某些环境中，接触空气中的颗粒是不可避免的，而在其它环境中，则可能会有水的侵入。另一个可能的水源是破裂的冷却水夹套。这种情况具有一定的讽刺意味，因为对于滚动轴承来说，可能根本不需要冷却水。

故障排除人员还应注意不要混合来自不同供应商的两种“几乎相同”的润滑油。有大量的证据表明，一些润滑油供应商为了降低成本，在添加剂的用量和/或质量上偷工减料。如果你按照最低成本购买润滑油，那么你就是在鼓励供应商提供“商品产品”，而商品润滑产品可能无法提供所需的可靠性。

在最近的一次工厂访问中，测量了一只在近期一次泵故障后从BFW泵上拆下的油环。该油环的偏心率没有保持在0.002英寸的允许范围内，而是达到了约0.06英寸的偏心率 - 是允许值的30倍。该油环的一侧已经磨损，而且还出现了非常严重的变色，如图2所示。如果使用油环，请根据质量而不是价格进行选择。好的油环在精加工前会经过退火处理。同样，一定要对油环进行严格的规范和质量控制。

图2：油环 - 新油环（左）和磨损的油环（右）

在配备滚动轴承的泵上，应避免使用油环，坚持使用可接受实心抛油盘的轴承箱，或至少使用除油环以外的润滑剂润滑方法。此外，当设备从工厂或车间运输到安装现场时，油环可能会脱落，并卡在轴和油环定位销或其它轴承箱零部件之间。

当泵需要大修时，一流的公司会对进入维修车间的每一台泵进行系统升级。轴承保护密封是最先升级零部件之一。但是，一些广泛使用的轴承保护密封有一个动态O形圈，位于尖锐凹槽的正对面（图3，左上）。在某些运行条件下，此O形圈会磨损，弹性体薄片会污染润滑剂，可能导致“黑油”。还有一些设计使用 V 形环将转子和定子组合成一个整体（图3，右上），但这种设计容易产生摩擦阻力。较新的设计（图3，下图）设法避免了此类风险，对于注重可靠性的公司来说，升级到风险最小的轴承保护密封非常有意义。

图3：三种轴承箱保护密封（来源：Heinz P. Bloch）

指定泵O形圈时要特别注意。有些配置由于接触尖锐凹槽而存在O形圈性能下降的风险（图3左上）。另一些则使用 V 形环（图3右上），这往往会增加摩擦阻力。在选择O形圈时，请寻找优化的设计（图3下图）。

BFW和其它重要流程泵的系统升级还包括只加装最好的恒定液位注油器（恒位油杯）。这意味着以可靠性为导向的设备将使用压力平衡型（润滑）装置，其成本通常比大多数流程泵上的传统非平衡型（润滑）装置高出30至50美元。

真正注重可靠性的购买者有理由担心传统且易发生故障的润滑剂输送方式。当发现某些泵设计存在漏洞时，请与泵制造商沟通。对于操作员而言，他们必须使用严格的检查表，以改进安装程序、启动前的充分性验证以及运行期间和进行根本原因故障分析时的充分性。可靠性改进是买卖双方共同的义务，双方都不能忽视。

供稿人：Heinz P. Bloch，是一名机械可靠性顾问，著有18本关于实用机械管理、维护和修理的书籍。