关于斜式轴流泵水导轴承磨损原因分析及处理探讨

2021-11-27马秋婵

中国科技纵横 2021年9期

关键词：水导轴流泵轴瓦

马秋婵

（惠州市惠州大堤东堤管理中心，广东惠州 516000）

0.引言

斜式轴流泵水导轴承同立式轴流泵水导轴承有具有明显的差异性，立式泵所承受的径向力相对较小，而斜式轴流泵所承受的径向力相对较大，因此对大型斜式轴流泵可靠性造成重大影响的零部件主要有水导轴承、水导轴承部件及结构形式等。

1.概况

大型斜式轴流泵的优势在于机组受力均匀、水力性能良好、开挖深度小等，因此被越来越多的人所认可，特别是处于低扬程大流量之一工作状况下，以往传统的卧式及立式机组并不能满足当前需求，而在贯流机组并不完善的条件下，最好的选择就是应用斜式机组[1]。例如当前位于上海浦东国际机场北端的江镇河出海泵闸，其组成部分主要包括10m挡潮闸及40m/s装机流量泵站，泵站一共装设了6台1600ZxB6.7-3.75型斜300轴流泵，同时配备了6台YXZ380-24型异步电动机，此项工程建设的任务主要为外排机场内部地面的雨水及长江口附近的饮水等[2]。其在实际运行期间发现，主水泵水导轴承遭受巨大的磨损，经过解体大修之后，已经将水导轴承磨损及因温度过高而引发的机组频繁跳闸等问题及时解决。

2.水导轴承特点

斜式泵机组内的水导轴承需要对进一步承担转动部件的自重。因轴承长时间于存在一定压力的水下浸没，对于部分应用透平油或者是清水润滑的水导轴承来说，要求其不仅要有理想的承载耐磨能力，还要确保其拥有良好的润滑条件，同时还要尽快装置有完善的水密封及排漏水设施，从而避免泵内存在泥沙等杂质的水体大量进入到轴承内[3]。若存在泥沙的水体已经进入到油润滑轴承内，就会对原有的润滑条件造成破坏，并对轴承造成损伤，使其在较短时间内导致轴承失去效用。

3.水泵结构形式

斜30°轴流泵的主要组成部件主要有出水弯管、出水直管、进水锥管、动叶外圈、推力轴承箱、水导轴承部件、泵轴部件、导叶体及叶轮部件等9大部分。泵壳体、转子轴心相对于水平方向来说均需要倾斜30°左右，且退出的水流均经过30°倾斜的壳体，之后经由出水弯头流道转变为水平方向排出[4]。进水的流道一般为肘形进水，出水的流道往往为变径扩散管，并通过快速闸门实现断流。而水导轴承主要对径向荷载进行承担，并通过巴氏合金油脂对其进行润滑处理，且轴承两端位置需要通过橡胶进行油封，避免水进入到轴承内部，水泵在应用期间可以经由牛油枪通过导叶体中预埋管定期注入润滑油脂到水导轴承内。

4.水导轴承部件

斜式泵机组运行的关键性技术为水导轴承运用，同时也是一类能对机组安全平稳运行造成较大的影响的重要部件。因而，我们国家已经建立的斜式机组在运用水导轴承期间均存在较多的问题[5]。例如，江镇河出海泵站在运用水导轴承期间，曾详细分析并研究了国内外有关滑动轴承生产厂商的产品及其技术，并同国内有关专家意见共同分析之后，此项工程中的水导轴承利用#l锉基脂润滑轴承；而轴瓦材料则选用巴氏合金轴承材料，润滑油脂大多会经由外部并通过下部位置导叶片内的小孔于轴承内部缓缓注入，确保整个轴承全部在润滑油脂内浸润，而且运行期间需要定时将润滑油脂添加到轴承内部；轴承体以及轴瓦全部属于轴向分半结构，轴瓦及轴承体则需要通过燕尾槽浇注完成连接，同时还会设置测温元件；且轴承两端也会设置有两道骨架进行全面密封处理，两道骨架密封之间均需对其做油脂润滑处理；此外，其在实际运行期间轴承所能承受的最大温度为70℃。

5.水导轴瓦的选择

一般情况下水导轴瓦材质主要包括水润滑的弹性塑料瓦、稀油润滑的金属巴氏合金以及油脂润滑的金属轴瓦等3大类。

（1）稀油润滑的金属巴氏合金特征：对于相对较大的径向荷载及径向的脉动载荷能有效承受、可靠性及安全性高、使用寿命比较久，这类轴承在大、中型等重点水利工程项目中的应用愈发普遍。水导轴承一般情况下应用重力高位油箱，通过对导叶片中的注油孔进行设置来有效润滑轴承。泵站操作工作者可以很顺利的通过油箱将油加入到导轴承内，还能利用放油结构对导轴承润滑油的具体老化状况进行全面了解，进而能及时对润滑油周期进行更换处理。目前往往会在导叶体的导叶片中放置进、出油管，而且考虑到需要定期对润滑油进行更换，因此会于轴承底部位置设置油管，确保已经老化的润滑油能尽快有效排出。其中上海太浦河泵站为应用此项水导轴瓦材质的典型水电站[6]。（2）油脂润滑轴承的结构从轴承本身及稀油润滑油轴承在材料和密封等方面比较类似来看，应用这种水导轴瓦材质的水电站主要包括红堆卜泵站、张家塘泵站、川页德桂畔海泵站以及上海浦东机场泵站等。这类轴承在应用期间需要定时注入适当的油脂，但是不能准确掌握充盈油腔的程度，因此只能通过压力、温度传感器等对其进行间接性的检测。对于部分长时间停机的排涝泵站来说，其机组在正常运行期间极易出现轴承内润滑油脂干结、变质硬化等多种不良事件，而因此这一类轴承难以完成自动控制，且很容易引发烧瓦等危险。（3）水润滑的弹性塑料瓦因自身选用的是水润滑形式，因此对于泵的密封性并未有较高的要求，而低泵所配置的辅助性设备也相对比较简单，对其进行管理时也较为方便[7]。因轴瓦运行期间大多在水中，因此不会发生突然烧瓦等危险问题，因而其具有较高的可靠性。其缺点在于因卧式、斜式泵等设备具有较大的径向载荷，且自身线速度相对较低，泵在实际运行期间难以产生有效的水膜，因而会加大轴承的磨损，因此其大多在年运行时间相对较短的排涝泵站内应用。经过有关研究后发现，稀油润滑的金属巴氏合金其导轴具有较理想的承散热作用，且摩擦系数也不大，能形成比较良好的油膜，因此其润滑效果非常理想。应用此项水导轴瓦材质的排涝泵站有文头岭排涝站、新民排涝站、临江排涝站等。其中临江排涝站导轴承瓦采用加拿大COMPAC橙色赛龙材料制作，轴瓦与导轴承壳体之间采用球面微动支座，以增加其自动调心功能，使轴瓦受力均衡，采用外接清水润滑。

6.斜式轴流泵水导轴承磨损原因分析

6.1 水导轴承磨损基本情况

此次以上海江镇河出海泵闸3#泵举例，起动3#主泵运行期间，当其运转1min之后，水导轴承温度从刚开始的21℃即刻升高到55℃，这时测温保护就会开始动作，主机就会停止运行，而且水导轴承箱体位置存在较大的噪音及振动状况，在及时检修3#主泵之后显示，水导轴承磨损可以划分为几个部分：（1）主轴轴承档存在相对轻微的磨损；（2）轴瓦近叶轮端磨损状况明显，而且下轴瓦磨损非常严重，其表面的一部分巴氏合金已经变为一体，非常杂乱；（3）橡胶密封圈已经出现明显的老化，而且其同轴配合之间具有较大的间隙，且比设计间隙要大出很多；（4）叶轮流线罩表面及水泵轴近叶轮端存在较为明显的气蚀状况[8]。

6.2 水导轴承磨损原因分析

（1）密封圈材质：水泵应用V型橡胶密封圈，其内部存在金属弹簧圈，若外部的水大量进入，其会在外部水压下发生明显膨胀，进而将外部水阻挡在外。因此需要密封圈的弹性要高，且耐蚀性、耐磨性及耐温性都要比较理想，同时需要其有较长的寿命。因而，极可能是因为所用密封圈弹性及耐磨性低，使得含砂水大量涌入到轴承内部，而导致轴瓦出现磨损；（2）安装原因：由于水导轴承属于一类滑动轴承，其安装的中心线需要同另一端轴承中心线重合起来，不然会进一步磨损橡胶密封圈及滑动轴承。若密封圈出现较大磨损，则会导致含砂水进入到轴承内，使轴承磨损愈发加重。因而，安装同心度误差太大是引发轴瓦磨损的异性关键性因素；（3）轴承顶间隙：轴承顶间隙比较小，其只有0.30mm，从而使锂基润滑脂不能顺利进入到轴承进行润滑，这时轴承温度长时间处于高温状态，使瓦面磨损进一步加剧[9]。

7.斜式轴流泵水导轴承磨损处理对策

（1）水导轴承一定要接受测定安装同心度、密封圈材质以及性能等相关检验，对磨损原因进行明确之后给予其有效的修复处理，而不是仅仅对其进行密封圈更换及轴瓦修整等手段进行修复。修复期间着重测量及测定主轴同心度偏差、轴瓦孔径变化、密封圈的内外径及两侧面磨损变化等。（2）对于部分磨损比较严重的水导轴承来说，需要再次浇注巴氏合金，轴承衬瓦内径需要通过大轴轴颈喷镀后的外径进行明确；（3）精心研刮水导轴承轴瓦，保证其接触面积超过70%；（4）安装期间在对叶片间隙合格情况进行考虑的同时，需要对大轴与轴承下半部分进行合理调整，保证轴与轴瓦前后两端底部能够实现彻底的接触，同时对大轴及轴瓦两侧间隙进行合理调整。