某型泵軸承箱漏油的分析及處理

廖長(zhǎng)城

（三門核電有限公司，浙江臺(tái)州317112）

0 引言

設(shè)備漏油的治理是設(shè)備管理及維修、維護(hù)工作中的重要任務(wù)之一。設(shè)備漏油不僅會(huì)浪費(fèi)大量的油品，而且污染環(huán)境、增加設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的工作量，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備事故而影響生產(chǎn)。

發(fā)電廠泵類設(shè)備多，大部分采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，軸承箱的各處密封容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，特別是軸與軸承箱動(dòng)靜部位的密封更加需要引起重視。

1 設(shè)備及缺陷簡(jiǎn)介

三門核電除鹽水輸送泵從除鹽水貯存箱吸水，輸送除鹽水通過(guò)催化除氧裝置為除鹽水分配總管供水。該泵為臥式單級(jí)單吸懸臂式離心泵，驅(qū)動(dòng)端采用背靠背安裝的角接觸軸承，非驅(qū)動(dòng)端采用深溝球軸承，軸上裝有甩油環(huán)，另外軸承箱上設(shè)置有油窗及恒位油杯。

該泵軸封采用典型的非接觸式迷宮密封，通過(guò)旋轉(zhuǎn)部件（泵軸）與靜止部件（油封）之間的間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)密封，限制潤(rùn)滑油外漏，同時(shí)防止外來(lái)異物進(jìn)入軸承箱內(nèi)部。另外，油封正下方加工有回油槽及回油孔，外泄的積聚的潤(rùn)滑油通過(guò)回油槽及回油孔流回軸承箱內(nèi)部。

在該泵投運(yùn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，泵軸承箱油位低、呼吸器漏油，另外在泵啟動(dòng)時(shí)，油杯內(nèi)潤(rùn)滑油有被吸入現(xiàn)象，泵的驅(qū)動(dòng)端及自由端軸封有明顯漏油現(xiàn)象。此前對(duì)該泵進(jìn)行多次處理，漏油缺陷仍然未消除，最終通過(guò)如下分析及改進(jìn)從而徹底解決了漏油問(wèn)題。

2 原因分析及排查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察的漏油現(xiàn)象，原因分析如下：

（1）潤(rùn)滑油從呼吸器漏出：由于甩油環(huán)下端浸泡在油池中，隨泵軸一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑油攪起，離心力使得潤(rùn)滑油甩到軸承箱內(nèi)壁及呼吸器上，且呼吸器的孔過(guò)小容易被油堵住。軸承摩擦熱及甩油環(huán)攪拌熱使得油溫升高，潤(rùn)滑油溫度升高后，體積變大，黏度降低，并有小部分潤(rùn)滑油霧化，使得軸承箱內(nèi)壓力略高于軸承箱外大氣側(cè)壓力，形成微小正壓，且軸承箱呼吸器被潤(rùn)滑油堵塞，導(dǎo)致潤(rùn)滑油從呼吸器被壓出。

（2）泵啟動(dòng)時(shí)，油杯內(nèi)潤(rùn)滑油有被吸入：由于甩油環(huán)下端浸泡在油池中，隨泵軸一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)將潤(rùn)滑油攪起，甩到軸承箱壁上，油池中的油位相對(duì)降低，油杯補(bǔ)油。

（3）驅(qū)動(dòng)端及自由端軸封漏油：軸封密封間隙過(guò)大，密封效果不好。油封與泵軸之間有一定間隙，潤(rùn)滑油一旦進(jìn)入，在密封間隙較大的情況下，軸承箱內(nèi)微小正壓容易將油封處的油往外擠壓出去。

3 改進(jìn)措施

通過(guò)以上分析，為保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行且避免潤(rùn)滑油泄漏，對(duì)該泵進(jìn)行了如下改進(jìn)：

3.1 取消甩油環(huán)

經(jīng)測(cè)量確認(rèn)，軸承箱的潤(rùn)滑油油位（以軸承箱上的油窗中心為準(zhǔn)）在深溝球軸承滾珠軌道中心線的最下方處，可滿足泵在運(yùn)行過(guò)程中的潤(rùn)滑要求，無(wú)需甩油環(huán)。

3.2 改進(jìn)呼吸器結(jié)構(gòu)

由于原呼吸器與外部大氣相通的孔較小，泵在運(yùn)行過(guò)程中很容易造成軸承箱呼吸器堵塞，影響軸承箱內(nèi)與大氣的連通，故將呼吸器改進(jìn)成如圖1所示型式。當(dāng)軸承箱內(nèi)的油汽上升進(jìn)入呼吸器往外流通時(shí)，4個(gè)冷凝片強(qiáng)迫油汽以折線方式流通，汽化的潤(rùn)滑油流經(jīng)每一片冷凝片時(shí)逐漸冷凝，隨后在重力的作用下回到軸承箱油池中，大大降低了外漏的可能。

圖1 改后的呼吸器結(jié)構(gòu)

3.3 更改軸封型式

因油封與軸之間有一定間隙，潤(rùn)滑油一旦進(jìn)入迷宮密封與軸之間則難以返回軸承箱，且會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油不斷沿著軸向甩出，造成漏油。考慮螺紋密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且有泵送效應(yīng)，即使?jié)櫥瓦M(jìn)入密封間隙，也可隨即返回軸承箱，故將原迷宮密封改為螺旋密封。

螺旋密封是在旋轉(zhuǎn)軸與靜止殼體之間有一狹小間隙，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽對(duì)液體施加一個(gè)推動(dòng)力，進(jìn)行能量變換，使軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成潤(rùn)滑油的壓力能，從而形成密封壓頭，即螺旋密封的泵送效應(yīng)。該效應(yīng)能夠在該密封處形成密封壓力，且壓力略大于被密封的潤(rùn)滑油壓力，從而使得經(jīng)過(guò)外側(cè)密封環(huán)間隙的潤(rùn)滑油因節(jié)流作用壓力降低后流回軸承箱。螺旋密封的具體計(jì)算如下：

該泵是雙支撐的單級(jí)懸臂式離心泵，油封處軸頸d=45 mm，轉(zhuǎn)速n=2 900 r/s，從驅(qū)動(dòng)端看，泵軸轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。由螺旋密封理論可知驅(qū)動(dòng)端內(nèi)螺紋旋向?yàn)橛倚杂啥藘?nèi)螺紋旋向?yàn)樽笮Ｒ蜉S伸端與聯(lián)軸器相連，可用螺旋密封長(zhǎng)度有限，考慮到油封與聯(lián)軸器應(yīng)留有一定間隙，且為保證有良好的密封效果，故取螺旋密封長(zhǎng)度L=17 mm。其他參數(shù)具體計(jì)算如下：

（1）相對(duì)槽寬：

式中，bg為螺旋槽寬；be為螺旋齒寬。

一般取K1=0.5～1.0，此處取K1=0.5。

（2）相對(duì)槽深：

式中，h為槽深；c為密封間隙（半徑間隙）。

一般取K2=2～10，此處取K2=5。

（3）密封間隙c=（0.6～2.6）/1 000，由于密封間隙的大小與密封壓力關(guān)系密切，為了保證較高的密封壓力，故取較小的密封間隙，c=0.15 mm。

（4）槽深h=c（K2-1）=0.6 mm。

（5）螺紋頭數(shù)i=18。

（6）螺旋導(dǎo)程取S=36 mm。

（7）螺旋角α：由S=πdtan α，tan α=0.255，得出α=14°29′。

（8）螺旋槽寬bg=πdK1tan α/i=1 mm。

（9）螺旋齒寬be=πd（1-K1）tan α/i=1 mm。

（10）軸的角速度ω=2πn/60=303.5 r/s。

（11）螺紋的相對(duì)圓周速度ut=πdn/60=6.83 m/s。

（12）螺旋的密封壓力Δp=3μωdLCp/C2，其中Cp為層流工況下螺旋密封的增壓系數(shù)，它只與螺旋本身的幾何參數(shù)有關(guān)，其計(jì)算公式為：

其中K1=0.5，螺旋參數(shù)t=tanα=0.255，K2=5，代入求得Cp=0.0825。

在常溫、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，空氣的黏度系數(shù)μ=1.79×10-5Pa·s，將ω=303.5 r/s，d=0.045 m，L=0.017 m，c=0.000 15 m代入求得Δp=44.72 Pa。

（13）泵送流量Qp=utcos2αbghi/2=3.45×10-5m3/s。

（14）泄漏流量Ql：

由于Qp＞Ql，故以上設(shè)計(jì)滿足要求。

可見軸承箱由迷宮密封改進(jìn)為螺旋密封后，螺旋密封將會(huì)產(chǎn)生44.72 Pa的壓力。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)于除鹽水輸送泵漏油問(wèn)題的理論分析和選用螺紋密封的理論計(jì)算，并結(jié)合以往設(shè)備漏油處理經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)過(guò)改進(jìn)后設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際觀察，證明取消甩油環(huán)、重新設(shè)計(jì)設(shè)備軸承箱呼吸器結(jié)構(gòu)及更改密封結(jié)構(gòu)的方法是可行的，改進(jìn)后的除鹽水輸送泵沒有異常和漏油現(xiàn)象發(fā)生，改進(jìn)效果明顯。

以上措施為在實(shí)際工作中的總結(jié)，具體問(wèn)題具體分析，不是千篇一律，不可一概而論，但上述處理方法對(duì)于處理其他設(shè)備漏油問(wèn)題具有借鑒意義。