往復(fù)式高壓柱塞泵填料函拆卸工具的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

李德義，關(guān) 剛，蒲 金

（新疆天智辰業(yè)化工有限公司，新疆石河子 832012）

往復(fù)式高壓柱塞泵基于其工作效能高、可靠性強(qiáng)的特征，能夠應(yīng)用于多行業(yè)的場(chǎng)景。作為煤化工生產(chǎn)裝置設(shè)備體系的重要構(gòu)成，其工作場(chǎng)景主要在于：升壓工藝介質(zhì)液體，使其能夠適應(yīng)后續(xù)工段的應(yīng)用場(chǎng)景，提高化學(xué)反應(yīng)壓力的適應(yīng)性。在我司的生產(chǎn)裝置中，11臺(tái)大型往復(fù)式高壓柱塞泵與其他設(shè)備一起運(yùn)行，用于生產(chǎn)乙二醇與1,4-丁二醇，使其分別達(dá)到35萬t痦20萬t的年產(chǎn)量，進(jìn)而滿足市場(chǎng)需求。

高壓柱塞泵的特征在于以下幾點(diǎn)：

1）瞬時(shí)流量具有顯著脈動(dòng)性：基于柱塞泵工作流程的分析，作為關(guān)鍵要素的工藝介質(zhì)液體，其吸入—排出的運(yùn)行是交替的。在這個(gè)過程中，泵內(nèi)活塞的速度不斷變化，進(jìn)而使得泵的瞬時(shí)流動(dòng)處于不連續(xù)的變化中，這一情況多集中于工作腔只有一個(gè)的泵內(nèi)。工作腔增多的情況下，其瞬時(shí)流量脈動(dòng)幅度有所降低。

2）平均流量具有恒定性：從理論視角來看，柱塞泵流量影響因素主要集中于其結(jié)構(gòu)參數(shù)，涵蓋了：每分鐘往復(fù)次數(shù)、活塞行程、活塞直徑、活塞數(shù)目，等參數(shù)。不受排出壓力、輸送介質(zhì)的物理與化學(xué)性質(zhì)影響，進(jìn)而使得柱塞泵平均流量恒定。

3）管道是決定柱塞泵壓力的關(guān)鍵因素：在實(shí)際運(yùn)行過程中，基于柱塞泵的管道性質(zhì)，設(shè)定最高范圍的排出壓力，在具體操作過程中，應(yīng)按照規(guī)定來進(jìn)行操作，確保排出壓力在規(guī)定范圍以內(nèi)。

4）高度適應(yīng)輸送介質(zhì)：多數(shù)情況下，柱塞泵可以輸送不同物理與化學(xué)性質(zhì)的工藝介質(zhì)液體。少數(shù)情況下，基于泵液力端的材料、制造工藝、密封技術(shù)的特殊原因，偶有無法適應(yīng)部分介質(zhì)液體的現(xiàn)象。

5）自吸性能優(yōu)越：在運(yùn)行過程中，自吸性能使其在運(yùn)行前無需灌泵即可運(yùn)行。而且，有著高效率與節(jié)能的特性。

往復(fù)式高壓柱塞泵的工作原理在于：作為容積式泵，其基于柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)——工作腔容積變化的操作，完成介質(zhì)液體的吸入與排出。動(dòng)力端、液力端、傳動(dòng)部分、安全閥、潤(rùn)滑是常見的泵內(nèi)結(jié)構(gòu)體。其中，動(dòng)力端涵蓋了傳動(dòng)箱體、十字頭、連桿等構(gòu)成部分。作為動(dòng)力端與液力端的受力裝置，傳動(dòng)箱體的兩端以座孔設(shè)置連接主軸承，內(nèi)部安裝十字頭滑道。曲軸箱與潤(rùn)滑油油池連接。液力端基于整體的結(jié)構(gòu)，主要作為柱塞填料裝置。傳動(dòng)部分通過高、低速聯(lián)軸器，護(hù)罩的組成結(jié)構(gòu)來設(shè)置減速。安全閥作為泵的安全設(shè)備，通常位于液體排出口。柱塞泵在運(yùn)行時(shí)，柱塞在填料函內(nèi)來回做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不可避免地造成填料的磨損，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致物料的泄漏，物料的泄漏給生產(chǎn)運(yùn)行造成很大影響，為了使生產(chǎn)運(yùn)行不受到影響，因此需要及時(shí)更換磨損的填料。這種柱塞泵主副填料函體積和重量都較大，而且一臺(tái)泵有多個(gè)填料函，但是卻沒有專門的填料函拆卸工具，在無專用安裝工具的情況下，拆卸難度較大。因此傳統(tǒng)模式下，如果想要進(jìn)行拆卸、填料等，中間都需要多人配合才能完成安裝，由此可以看出，拆卸員工工作負(fù)荷比較大，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且操作不安全，還容易存在碰傷、砸傷等安全隱患。很多現(xiàn)實(shí)中的事故案例對(duì)此也是一個(gè)警醒，因而可以看出，拆卸工具的研發(fā)、投入使用等有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

在實(shí)際檢修更換填料時(shí)，更換一個(gè)填料函需要多個(gè)步驟，需要依次將閥體、柱塞、主填料函鎖緊螺母、副填料函鎖緊螺母、副填料函拆卸下來，才能取出填料函中填料進(jìn)行更換。但是每臺(tái)柱塞泵中有5個(gè)填料函，每更換一臺(tái)柱塞泵的填料函需要重復(fù)上述操作五次，而且每個(gè)填料函的重量都不輕，一個(gè)填料函差不多有20kg，所以每次在更換填料函時(shí)，不僅浪費(fèi)時(shí)間，由于填料函過重，每次更換一個(gè)人根本換不了，需要多人配合才能完成。而且由于柱塞泵的體積也比較大，再加上工人有時(shí)操作不規(guī)范，很容易出現(xiàn)安全的問題。

同時(shí)在更換填料時(shí)，調(diào)整密封填料的緊密度是非常重要的，填料任何可能的軸向間隙都可能導(dǎo)致液壓汽缸和柱塞損壞，填料受力不均勻，也會(huì)縮短填料的使用壽命，由于填料在裝入液壓汽缸前，已預(yù)先成形，如何解決填料的緊密度，是延長(zhǎng)填料使用壽命的關(guān)鍵。這也是設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必然要注意的問題以及通過設(shè)計(jì)來解決的問題。

為解決上述問題和隱患，本文結(jié)合本廠柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和多次的維修經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出一種往復(fù)式高壓柱塞泵填料函的專用拆卸工具與填料壓緊工具，并在實(shí)際檢維修中進(jìn)行了應(yīng)用，下面則就整個(gè)設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)等進(jìn)行詳細(xì)分析，從而給實(shí)踐環(huán)節(jié)的滲透提供一些借鑒作用。

本文的設(shè)計(jì)思路如下。

（1）首先了解柱塞泵中填料函的拆卸步驟，為了讓了解更加深入，此次了解進(jìn)入一線，對(duì)于相關(guān)工作人員進(jìn)行了問卷調(diào)查、訪談等，掌握了較為詳實(shí)的一手資料，為整個(gè)設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性、實(shí)用性等奠定了基礎(chǔ)。

（2）根據(jù)填料函的拆卸步驟，再結(jié)合柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合適的主副填料函的拆卸工具，希望可以為實(shí)踐運(yùn)用提供參考。

（3）柱塞泵在運(yùn)行時(shí)，柱塞在填料函內(nèi)來回做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不可避免地造成填料的磨損，從而會(huì)導(dǎo)致物料的泄漏，進(jìn)而影響運(yùn)行生產(chǎn)效率，為了解決這個(gè)問題，本文還專門設(shè)計(jì)了一個(gè)專門針對(duì)本廠使用的柱塞泵填料工具。

1 往復(fù)式高壓柱塞泵填料函拆卸工具的設(shè)計(jì)

往復(fù)式高壓柱塞泵在填料過程中有著非常多的注意事項(xiàng)以及特殊性，那么對(duì)于對(duì)應(yīng)的工具應(yīng)當(dāng)如何設(shè)計(jì)、如何選用、如何使用等也有著嚴(yán)格的要求，為了提高效率，很多時(shí)候需要對(duì)其進(jìn)行各個(gè)步驟和環(huán)節(jié)的要求，下面則對(duì)此展開具體分析。

1.1 主副填料函拆卸工具設(shè)計(jì)方案

對(duì)柱塞泵填料函拆卸工具進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如，高壓柱塞泵主填料函和副填料函拆卸工具，包括固定機(jī)構(gòu)和拆卸機(jī)構(gòu)；固定機(jī)構(gòu)由主填料函上基礎(chǔ)板、主填料函下基礎(chǔ)板和支撐架組成，主填料函上基礎(chǔ)板與主填料函下基礎(chǔ)板上下平行，支撐架垂直于主填料函上基礎(chǔ)板與主填料函下基礎(chǔ)板，用于支撐主填料函上基礎(chǔ)板與主填料函下基礎(chǔ)板；拆卸機(jī)構(gòu)包括一手柄，手柄上設(shè)置有頂桿，手柄與頂桿呈T字形連接，頂桿上設(shè)置有上拉板，頂桿垂直通過上拉板的中心位置，上拉板上設(shè)置有調(diào)節(jié)絲桿，調(diào)節(jié)絲桿上設(shè)置下拉板，下拉板與上拉板平行，頂桿垂直通過下拉板的中心位置。

1.2 填料壓緊工具設(shè)計(jì)方案

柱塞泵填料壓緊工具設(shè)計(jì)方案如下：支撐圈、襯套、隔離環(huán)、填料和插塞組成，以上部件為依次嵌套式連接。還包括千斤頂和給予壓力的基礎(chǔ)架，基礎(chǔ)架的上、下方基礎(chǔ)板為平行板，作為安放填料壓緊工作的工作臺(tái)，千斤頂作為施力工具。插塞與襯套為間隙配合，有效防止填料壓緊過程中變形損壞。

拆卸和壓緊都是整個(gè)過程中必不可少的環(huán)節(jié)，直接決定了填料作用的發(fā)揮，因此在設(shè)計(jì)方案上應(yīng)當(dāng)做到嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)和高效。

2 主副填料函拆卸與填料壓緊工具的使用方法

主副填料函拆卸有著非常多的注意事項(xiàng)，同時(shí)也需要各種壓緊工具的配合，那么如何更加有效地使用這些工具呢？本文對(duì)此展開研究，結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)提出如下幾種觀點(diǎn)。

2.1 主副填料函拆卸工具使用方法

主、副填料函拆卸工具工作過程如下：拆卸主、副填料函時(shí)，通過主填料函上下基礎(chǔ)板固定主填料函，副填料函上下拉板固定副填料函使其在頂桿的作用下上升，從而帶動(dòng)副填料函上升脫離主填料函，工作時(shí)工作人員只需通過旋轉(zhuǎn)頂桿，通過螺桿與螺母間相對(duì)運(yùn)行即可使副填料函脫離主填料函。相比較之前人工的更換操作，不僅縮短了填料函拆卸操作時(shí)間，還提高了工作效率，之前進(jìn)行此項(xiàng)操作需要4~5個(gè)人合力進(jìn)行操作，現(xiàn)在僅需1~2個(gè)人就可以完成此項(xiàng)操作。而且之前在拆卸過程中，由于工人的工具使用不當(dāng)，很容易對(duì)填料函造成損傷。

2.2 填料壓緊工具使用方法

填料壓緊工具過程：將襯套放在支撐圈上，在襯套中先放入隔離環(huán)，再放入所需壓緊的填料并正確到位，最后將插塞插入襯套，利用千斤頂壓縮填料5~10s，按照先前計(jì)算的載荷，用千斤頂壓縮插塞5~10s；本項(xiàng)操作完成后，在襯套中取出已壓縮成型的填料。此工具的設(shè)計(jì)，極大提升了填料函的使用時(shí)間，原本的填料函只能使用兩個(gè)月左右就需要進(jìn)行更換，本工具的設(shè)計(jì)可以使填料函中的物料壓得更緊實(shí)，不容易受到柱塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中造成的磨損，將填料函的使用時(shí)間增加到了半年。這樣也間接減輕了工人們的工作壓力，原本兩個(gè)月就需要更換一次，現(xiàn)在半年更換一次。

3 實(shí)際應(yīng)用效果

3.1 工作效率的提升

將設(shè)計(jì)的往復(fù)式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具應(yīng)用到公司所有柱塞泵的維護(hù)保養(yǎng)中，根據(jù)實(shí)際的驗(yàn)證效果對(duì)比，在沒有使用專用拆卸工具前，更換一臺(tái)往復(fù)式高壓柱塞泵（型號(hào)Titano 31400）的全部填料需要用時(shí)14h，拆卸一個(gè)主副填料函需四人共同完成；在完成操作后，更換一臺(tái)泵填料耗時(shí)7h；而使用專用工具進(jìn)行填料函更換操作時(shí)，人數(shù)可以減少至兩名，但是，相應(yīng)的時(shí)間卻縮短了，整體效率更高。原本在不借助本文設(shè)計(jì)的填料函壓緊工具對(duì)填料函進(jìn)行填料時(shí)，添加一個(gè)填料函的材料需要的時(shí)間為2h，使用了本文設(shè)計(jì)的填料函壓緊工具，僅需1h就可以完成。填料壓緊工具的使用則極大提升了填料的壓緊量，延長(zhǎng)了填料使用壽命，由原來的2個(gè)月需更換一次填料，提高至半年更換一次填料，提高了維修質(zhì)量，降低了公司的維修費(fèi)用，為公司的順利生產(chǎn)鋪平了道路。由此可以看出，機(jī)械設(shè)備的輔助可以讓填料效果更加凸顯，也可以降低人員、財(cái)力的支持力度，從而與新時(shí)代低碳環(huán)保政策相適應(yīng)。

3.2 勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低

專用工具的使用改變了人力拆卸的現(xiàn)狀，降低了拆卸連續(xù)操作的時(shí)間，使得員工在拆卸后仍然能夠保持一定的力度。這是專用工具高效性的一種體現(xiàn)，基于兩人與專用工具的基本拆卸操作，可以減少維修的人員，可以安排更多的人手去做其他工作，原來更換一臺(tái)柱塞泵填料函需要4~5人，現(xiàn)只要1~2人，極大降低了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，員工不必再為過分的工作量而煩惱，同時(shí)還可以騰出更多的精力來工作于其他環(huán)節(jié)。

3.3 安全系數(shù)的提高

既然是專用工具，那么就有著一定的專用性、針對(duì)性等，因而可以讓工具更加匹配相應(yīng)的工序。實(shí)踐表明，在使用專用工具后，告別了多人配合拆卸的時(shí)代，預(yù)防了碰傷、砸傷等人身傷害事故的發(fā)生，畢竟很多人員已經(jīng)不必在一線工作，利用機(jī)械來保障了工人們的生命安全，這個(gè)效益是長(zhǎng)期的，與當(dāng)今時(shí)代高質(zhì)量發(fā)展的行業(yè)特征也是比較吻合的。

4 結(jié)束語

往復(fù)式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料壓緊工具的應(yīng)用，具有節(jié)約公司填料函拆卸、更換填料的人力與時(shí)間成本，工作效能高的情況下保證了安全性。專用工具的使用，使得填料函的拆卸標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、易操作，改變了人力使用榔頭、銅棒等硬撬拆裝部件的現(xiàn)狀，提高了填料函的使用壽命，讓拆裝維修工作人員能夠以更短的時(shí)間、更安全更高效的操作完成維修、更換、填裝，進(jìn)而既能保證人力資源的高效利用，又能保證柱塞泵再次投入運(yùn)行的時(shí)間。

本文還專門設(shè)計(jì)了一種填料函的壓緊工具，因?yàn)橹迷谶\(yùn)轉(zhuǎn)過程中，柱塞是做高速直線運(yùn)動(dòng)，而填料必須和柱塞緊密結(jié)合才不會(huì)發(fā)生磨損。原本的填料函只能使用兩個(gè)月左右就需要進(jìn)行更換，經(jīng)過本文的設(shè)計(jì)極大增加了填料函的使用時(shí)間，這在一定程度上也減輕了工人的負(fù)擔(dān)。雖然設(shè)計(jì)了專門的填料函拆卸工具，但是按照以往的填料函壓緊方式，還是兩個(gè)月就要更換一次，雖然更換的效率變高了，但是更換的時(shí)間相對(duì)來說也是很長(zhǎng)的。按照現(xiàn)在的壓緊方式，不僅降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還降低了材料的損耗，因而具有一定的時(shí)代特色，從效率提升方面做出了重要貢獻(xiàn)。

往復(fù)式高壓柱塞泵主副填料函拆卸工具及填料壓緊工具，在工作效能方面具有顯著的便捷性、安全性、易操作的特征，解決了原本填料函拆卸復(fù)雜、耗時(shí)耗力、填料使用時(shí)間短且需頻繁更換的現(xiàn)實(shí)問題，能夠更好地用于大型貝羅尼柱塞泵安裝和檢修過程中。