輕小型單級離心泵軸承溫升檢測技術(shù)研究

軸承溫升是評價(jià)輕小型單級離心泵運(yùn)行可靠性、機(jī)械密封壽命及整體性能的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。過高的軸承溫度不僅會加速潤滑油脂的劣化或潤滑油的氧化，導(dǎo)致潤滑失效，還會引起軸承元件退火、尺寸變化，甚至產(chǎn)生抱軸等嚴(yán)重故障，直接影響泵組的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對軸承溫升進(jìn)行精確檢測與控制，是泵產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及質(zhì)量驗(yàn)收過程中不可或缺的環(huán)節(jié)。

1. 檢測項(xiàng)目與方法原理

軸承溫升檢測的核心是測量軸承在運(yùn)行過程中的溫度變化，并計(jì)算其相對于環(huán)境溫度的溫升值。主要檢測項(xiàng)目與方法如下：

• 直接接觸式測溫法

  • 原理： 利用溫度傳感器與被測軸承外圈或軸承座表面直接接觸，通過熱傳導(dǎo)感知其溫度。該方法要求傳感器與測點(diǎn)之間有良好的熱接觸，以減少測量誤差。

  • 方法：

    1. 熱電偶法： 將熱電偶的測量端緊密固定于軸承壓蓋或接近軸承外圈的軸承座上。利用塞貝克效應(yīng)，將溫度差轉(zhuǎn)換為電勢差，通過測量電勢即可確定測點(diǎn)溫度。該方法響應(yīng)速度快，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測和遠(yuǎn)程傳輸，是實(shí)驗(yàn)室和型式試驗(yàn)中常用的方法。

    2. 鉑電阻法： 采用Pt100等鉑電阻溫度傳感器，利用其電阻值隨溫度變化而變化的特性進(jìn)行測量。鉑電阻具有精度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，同樣適用于高精度的連續(xù)監(jiān)測。

    3. 點(diǎn)溫計(jì)法： 在泵停機(jī)后迅速用手持式點(diǎn)溫計(jì)測量軸承座外表面溫度。此法操作簡便，但屬于離線測量，結(jié)果存在滯后性，精度相對較低，多用于現(xiàn)場快速巡檢。

• 非接觸式測溫法

  • 原理： 通過接收軸承座表面輻射出的紅外能量來確定其表面溫度，無需與被測物體接觸。

  • 方法：

    1. 紅外測溫儀法： 使用手持式紅外測溫槍對準(zhǔn)軸承座特定測點(diǎn)進(jìn)行測量。此法便捷、安全，適用于不便接觸的場合。但其測量結(jié)果易受表面發(fā)射率、測量距離、環(huán)境蒸汽和粉塵等因素干擾，測量精度和可靠性通常低于接觸式方法。

    2. 熱成像法： 利用紅外熱像儀對整個泵的驅(qū)動端進(jìn)行掃描，生成溫度場分布圖像。此法不僅能獲得軸承區(qū)域的溫度，還能直觀顯示溫度分布情況，有助于發(fā)現(xiàn)局部過熱點(diǎn)，用于故障診斷和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

• 間接評估法

  • 原理： 通過監(jiān)測與軸承溫度強(qiáng)相關(guān)的其他參數(shù)來間接評估軸承狀態(tài)。

  • 方法：

    1. 潤滑劑取樣分析： 定期抽取軸承箱內(nèi)的潤滑脂或潤滑油，通過實(shí)驗(yàn)室分析其粘度、酸值、金屬磨粒含量等指標(biāo)，判斷其是否因高溫而劣化，從而間接推斷軸承的運(yùn)行溫度歷史。

在實(shí)際的泵產(chǎn)品型式試驗(yàn)和出廠檢驗(yàn)中，直接接觸式測溫法（尤其是熱電偶法和鉑電阻法） 因其準(zhǔn)確性和可靠性而被列為標(biāo)準(zhǔn)方法。

2. 檢測范圍與應(yīng)用需求

輕小型單級離心泵廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，不同工況對其軸承溫升的檢測需求和控制標(biāo)準(zhǔn)亦有所不同。

• 民用與建筑領(lǐng)域： 如樓宇供水、空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)。此類泵通常連續(xù)運(yùn)行，要求軸承溫升低，以確保安靜、免維護(hù)的運(yùn)行。檢測重點(diǎn)在于驗(yàn)證在額定工況下的長期運(yùn)行穩(wěn)定性，溫升限值要求嚴(yán)格。

• 工業(yè)流程領(lǐng)域： 如化工、制藥、電鍍等行業(yè)的流體輸送。泵可能輸送含有微量雜質(zhì)或具有輕微腐蝕性的介質(zhì)，環(huán)境條件相對惡劣。檢測需關(guān)注在惡劣工況下（如高環(huán)境溫度、偏工況運(yùn)行）軸承的溫升情況，防止因溫升過高導(dǎo)致密封失效和介質(zhì)泄漏。

• 農(nóng)業(yè)灌溉領(lǐng)域： 工作環(huán)境多塵，且可能間歇性大負(fù)荷運(yùn)行。檢測需驗(yàn)證其軸承密封性能和散熱設(shè)計(jì)是否能防止外部雜質(zhì)侵入和內(nèi)部熱量積聚。

• 小型動力設(shè)備集成： 如作為小型發(fā)動機(jī)、清洗機(jī)等設(shè)備的附屬泵。空間緊湊，冷卻條件有限。檢測需在模擬實(shí)際安裝環(huán)境下進(jìn)行，重點(diǎn)關(guān)注在受限散熱條件下的溫升曲線和穩(wěn)態(tài)溫度。

3. 檢測標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

軸承溫升檢測必須遵循相關(guān)的、行業(yè)或標(biāo)準(zhǔn)，以確保檢測結(jié)果的公正性和可比性。

• 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB/T 3215-2019《石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵》： 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了包括軸承溫度在內(nèi)的各項(xiàng)性能要求，通常要求軸承箱外表面溫度不應(yīng)超過環(huán)境溫度40℃（ΔT ≤ 40K），且高溫度不超過80℃。

  • GB/T 5656-2008《離心泵 技術(shù)條件(Ⅱ類)》： 對輕小型離心泵的軸承溫度作出了具體規(guī)定，要求在工作條件下，軸承溫升不應(yīng)超過35K，且軸承溫度不應(yīng)高于75℃。

  • JB/T 1050-2015《單級單吸清水離心泵 型式與基本參數(shù)》： 作為輕小型泵的常用標(biāo)準(zhǔn)，它通常引用GB/T 5656中的相關(guān)溫升限值。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • ISO 5199:2002《Technical specifications for centrifugal pumps - Class II》： 與GB/T 5656類似，對II類離心泵的軸承溫度提出了明確要求。

  • API 610《Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries》： 對于石油化工等苛刻工況應(yīng)用的高要求泵，其軸承溫度控制更為嚴(yán)格，是行業(yè)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)。

檢測時(shí)，需明確泵產(chǎn)品所遵循的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的測點(diǎn)布置、環(huán)境溫度測量方法及數(shù)據(jù)處理方法執(zhí)行。

4. 檢測儀器與設(shè)備

完成一項(xiàng)規(guī)范的軸承溫升檢測，需要一套完整的檢測系統(tǒng)。

• 溫度傳感器：

  • 鎧裝熱電偶： 常用的有K型（鎳鉻-鎳硅）和T型（銅-康銅），具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和響應(yīng)速度，可直接固定在軸承壓蓋上。

  • 鉑電阻Pt100： 精度更高，線性度更好，通常安裝在專門加工的軸承座測溫孔內(nèi)，以更接近軸承外圈。

• 溫度顯示與記錄儀：

  • 多通道無紙記錄儀： 可同時(shí)接收來自軸承溫度測點(diǎn)、環(huán)境溫度測點(diǎn)等多個傳感器的信號，實(shí)時(shí)顯示、記錄并存儲溫度隨時(shí)間變化的曲線，便于后續(xù)分析溫升過程和穩(wěn)態(tài)值。

  • 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)： 與計(jì)算機(jī)相連，通過專用軟件實(shí)現(xiàn)更高頻率的數(shù)據(jù)采集、處理、存儲和報(bào)表生成，適用于精密研究和開發(fā)測試。

• 環(huán)境溫度測量設(shè)備：

  • 百葉箱式通風(fēng)干濕表或 shielded thermocouple： 用于精確測量泵周圍的環(huán)境溫度，應(yīng)放置在不受泵和任何熱源輻射影響的氣流中。這是計(jì)算溫升（ΔT = 軸承溫度 - 環(huán)境溫度）的基礎(chǔ)。

• 泵性能試驗(yàn)臺：

  • 整套檢測需在標(biāo)準(zhǔn)的泵閉式或開式試驗(yàn)臺上進(jìn)行。試驗(yàn)臺需具備驅(qū)動電機(jī)、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀、壓力傳感器、流量計(jì)等，以便在泵的指定工況點(diǎn)（如額定點(diǎn)、小流量點(diǎn)、大流量點(diǎn)）下進(jìn)行軸承溫升的測量，確保數(shù)據(jù)的工況關(guān)聯(lián)性。

• 輔助設(shè)備：

  • 紅外熱像儀： 用于輔助性的溫度場分析和故障定位。

  • 振動分析儀： 軸承異常溫升常伴隨振動加劇，同步監(jiān)測振動有助于綜合診斷軸承狀態(tài)。

結(jié)論

對輕小型單級離心泵進(jìn)行系統(tǒng)、科學(xué)的軸承溫升檢測，是保障其產(chǎn)品質(zhì)量和運(yùn)行可靠性的重要手段。檢測工作應(yīng)依據(jù)明確的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，選擇合適的檢測方法和精度相當(dāng)?shù)膬x器設(shè)備，在規(guī)定的工況下進(jìn)行。通過精確測量和嚴(yán)格控制軸承溫升，可以有效延長泵的使用壽命，降低故障率，提升整個流體輸送系統(tǒng)的能效與安全水平。