泵是在短距离和/或长距离内移动液体的流体机械。早在工业革命之前，甚至阿基米德也在公元前250年左右，在西西里岛历史古城锡拉库萨附近的某个地方发明了水泵。没有泵，现代的加工厂就不会存在。但并不是所有的泵都构造良好、维护良好、安装正确或操作正确。虽然有些泵已经连续工作了6年，但其他泵在一年内仍会出现几次随机故障。水泵的改进既可以促进职业发展，也可以增加价值，这篇文章将分为两部分。

为什么需要更好的泵

化学加工厂和炼油厂的大多数泵在300 psig和350°f以下运行。然而，即使在这些条件下，工厂旋转设备的维护费用中也有极高的比例用于泵的维修。在20世纪80年代末，在美国墨西哥湾沿岸许多类似的加工厂中，一台符合ANSI b73标准的泵的维修成本估计略高于5000美元。2019年，维修一台符合API 610标准的普通炼油厂泵的实际成本被认为远远超过1.5万美元。此外，每1000个泵维修中，就有一个昂贵的火灾事件。

早在1972年，计算机记录保存和简单的故障分析使得确定机器故障的时间和原因成为可能。当统计数据显示有重大动机升级泵时，提高泵的可靠性是公司的动机。石油和天然气公司通常会(但非正式地)将他们的泵故障频率和维修成本与在类似工艺条件下运行的类似设备进行比较这样的记录记录很快就产生了一份80页的报告，题为“如何建造更好的泵”，任何有兴趣阅读的泵制造商都可以获得它。²该报告最初于1973年印发，解释和评论如下:

• 毫无疑问，虽然也有很多例外，但在20世纪90年代末，美国国家标准协会(ANSI)标准泵的平均无故障时间(MTBF)只有26个月，在北美被认为是维护良好的设施。实际的行业平均水平可能更接近12个月。(注:除非另有说明，MTBF的计算方法是用每年安装的所有泵的数量除以修理的数量。此外，每一次更换部件的事故都被算作一次全面的泵维修。)
• 传统上，试图纠正泵故障的原因主要是维修。零件坏了，零件换了实物。这种老式的、被动的维护方法不再被认为是合适的。鼓励工厂购买更好的泵，并要求工厂人员带头实施以可靠性为重点的方法。在以可靠性为重点的办法中，在可行和费用合理的情况下提倡有系统的升级。
• 允许泵超出ANSI规格的尺寸限制通常被认为是合理的。换句话说，1972年安装的一些ANSI泵可以更换为性能改进超过当时观察到的水力效率高达10%的类型或型号。
• 美国石油学会(API)的中型泵并不总是具有成本效益。因此，在为温和作业选择API泵之前，潜在用户被要求考虑购买介于两者之间的泵。ISO和修改后的ANSI泵符合这一描述。

需要识别某些ANSI泵的典型缺点。一项研究²揭示了以下弱点:

• 轴的偏转常常过大。
• ANSI B73.1施加的尺寸限制通常没有为现在可用的高级机械密封的应用提供足够的空间，并且常常限制了最佳效率的实现。
• 由于目前轴承设计和润滑系统的缺陷，轴承寿命比预期的要短。
• 易碎的压力密封装置会造成不必要的安全隐患。
• 一般的ANSI设计底板并不总是提供足够的结构完整性和承重能力。^3.

然而，一家跨国油气公司修改了当时现有的非专利中型泵基本实践文件，以纳入新的发现，并将其称为升级的中型泵标准(UMD)。当被邀请为即将到来的项目提交此类泵的投标时，一些泵制造商部分遵守了，但对某些条款或段落提出了异议。爱荷华州只有一家泵公司超出了仅仅遵守UMD标准。泵公司的一位关键高管和创新工程师经理看到了泵用户和制造商的机会。⁴它开始开发他们的泵生产线，如图1所示，今天，这些泵也符合API 610标准。遗憾的是，没有其他制造商认为适合建造这样的泵;一些人莫名其妙地公开宣称ANSI B73和API 610是行业用户所需要的全部标准。

在制定UMD标准的问题上，在API小组委员会的会议上，泵制造商占了上风，而泵用户要求更好的泵被否决了。目前，还没有正式的行业标准涵盖UMD泵。此外，在研究API 610及其各种值得称赞的条款时，有许多最低限度的建议是不为知情的主题专家所接受的，即使是最好的公司。当受到质疑时，API组织的法律人员很快指出，API 610中的条款是最低要求，而不是强制性要求。如果用户认为适合安装更好的组件，提供更好的匹配，使用更好的材料等等，API的律师会指出许多API标准内页上的措辞。这种措辞鼓励用户在需要时追求更高的质量。

图1:成功的UMD泵(来源:Carver Pumps, Muscatine, IA)

换句话说，用户可以选择升级，这是他们自己的选择。因此，无知和冷漠的人只看价格;他们经常成为商人合法的猎物，因为他们为每个人提供甜甜圈和棒球帽而被亲切地记住。

对过度轴偏转的关注

在20世纪60年代中期，主要石油和天然气公司的可靠性维护设施开始指定更好的泵。有一家公司决定，只有在轴偏转得到控制的情况下，才购买悬挂式叶轮泵。⁵其他公司很快也效仿了这一常识性的观察，即细长轴泵的悬臂式叶轮结构容易产生过多的轴偏转。轴的过度偏转常常导致磨损环、衬套和套筒的内接触。因此，减少轴偏转将成为1972年后任何新泵设计的关键特征。

轴偏转的量可以很容易地计算出来，它只是L的函数^3./ D⁴，泵叶轮到最近轴承的悬垂距离“L”，平均轴直径“D”。⁶石油和天然气公司要求L^3./ D⁴比率由卖方定义和披露。这个比率被称为轴弹性系数(SFF)。在竞争性投标中，投标人给出的SFF值与可用或提供的最低SFF值进行比较。价值较高的出价被分配到其出价的一定百分比的等值美元的维持评估。⁷即使基本定价很低，估算成本加法器也可以取消供应商的资格。

轴挠度的变化是通过泵的流体流速的函数。当泵的吞吐量增加或减少，从而远离最佳效率点时，叶轮周围的压力变得不平等，趋向于使转子的叶轮端偏转。在具有标准单蜗壳壳体的悬挑叶轮泵中，这种偏转可以达到严重的量级。因此，改用扩散器和双蜗壳壳体是鼓励的。然而，即使是设计最好的套管也不能完全消除压力引起的轴偏转。

图2: UMD泵轴承座，内置油雾再分类器和双面磁密封

图3:最先进的轴承座保护密封，带有动态o形环，不能与锋利的边缘表面接触(来源:AESSEAL公司，Rotherham, UK和Rockford, TN)

众所周知，单个蜗壳泵如果运行距离其最佳效率点太远，将不能长期提供令人满意的服务。⁷公司学会了对毫无意义的索赔进行折扣，例如，一家制造商的泵型号“A”的挠度仅为竞争对手“b”计算的挠度的20%。如果“A”的实际轴偏转只有0.0001英寸，那么即使是泵“B”的5倍偏转0.0005英寸也没有意义。这一观察的结果是:它涉及营销和广告策略;在这种情况下，“A”和“B”都应该被认为是可以接受的选择。

本世纪初，我们取得了重大进展。从那时起，优质泵广泛使用耐磨、高性能的非金属材料，特别是全氟烷氧基碳填充聚合物(PFCP)。虽然这些材料属于PTFE家族，因此与Teflon®有关，PFCPs具有许多优越的性能。

影响泵轴承寿命的因素

在所有滚珠轴承中，只有不到10%的滚珠轴承运行时间长到足以屈服于正常疲劳失效。根据三家著名轴承制造商的说法，大多数轴承在早期就会失效，因为静态过载、磨损、腐蚀、润滑剂失效、颗粒污染或过热滚动元件的打滑可能发生在无负载运行的轴承中，并且是角接触球轴承故障的常见原因，这些角接触球轴承安装并作为平地、镜像定向副运行。人们认识到，这个问题可以通过使用一套匹配的轴承和适当的轴配合来解决，这两者结合起来，可以在安装后产生轻微的预加载状态。

或者，轴承可以作为一组购买，具有不同的接触角。主负载侧有40度负载角，次负载侧有29度负载角，通常为空载侧。这两个轴承是背靠背安装的。这些轴承的优越性能是有理有据的，但较高的成本和安装过程中缺乏护理似乎是一些维护文化中不可逾越的障碍。这指的是快速修复和低初始成本比教育和坚持工艺质量更重要的地点和情况。否认快速解决/低成本心态的存在可能会导致长期的痛苦。

实际操作表明，更好的轴承规范实践将避免大多数静态过载问题。由于磨损、腐蚀、污染、润滑剂失效和过热引起的问题可以通过正确选择、应用和保存润滑剂来预防。完全消除油环和恒液位润滑器(图2)的油应用策略可以完成很多工作。设计良好的轴承座密封(图3)代表了另一层保护。

油的粘度和水分污染是首要考虑的问题，虽然通常首选粘度较高的润滑油，但粘度大于ISO VG 32的润滑油不能正确应用于严格为工艺泵设计的油环。⁹水分污染的有害影响是众所周知的，即使是油中微量的溶解水也会大大缩短轴承寿命。^10、11当游离水从轴承座排出时，大部分损坏已经造成。在过去的60年里，许多研究人员记录了这一事实。

轴承:一个永无止境的主题

与API推荐的泵轴承不同，石油化工公司通常指定L10寿命为40,000小时，ANSI泵轴承是根据24,000小时的预期寿命选出的。名义上，这意味着90%的ANSI泵轴承在连续运行大约三年后仍然可以使用。然而，故障统计数据表明，常规润滑的ANSI泵轴承甚至达不到这个寿命。⁵缺乏润滑，错误的润滑剂，油中的水和污垢以及油底壳中的油环碎片都导致轴承的预期寿命低于预期。可以认为，ANSI泵的其他主要用户的类似发现促使人们寻找寿命润滑的滚动轴承。然而，除了功率输入低于5马力外，终生润滑脂润滑通常不被认为是工艺泵的可行选择。

由于油雾润滑提供的轴承座密封处的压差，由污垢和水引起的问题事故已大大减少。（⁷然而，某些规范实践(包括API 610中包含的一些规范)可能会增加失败风险。

第2部分将涉及轴承寿命缩短的一些原因，并列出在编制现代泵规范时应考虑的几个观察结果。

参考文献

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2. Bloch, Heinz P.， <如何购买更好的水泵>。碳氢化合物处理,1982年1月。
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7. 布洛赫，海因茨p和布德里斯，艾伦R，泵用户手册，第四版．利尔本:费尔蒙特出版公司，2014年。
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