內(nèi)燃機(jī)車水泵漏水故障分析與對(duì)策

孫 杰

（柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 講師 廣西 柳州 545616）

1 問題的提出

內(nèi)燃機(jī)車使用離心式水泵，對(duì)柴油機(jī)各部件進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。該型水泵設(shè)計(jì)了動(dòng)、靜相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成密封膜的機(jī)械型密封，在使用過程中，允許發(fā)生微量的滲漏，漏水限度為不大于15 滴/min。機(jī)車運(yùn)用過程，經(jīng)常發(fā)生水泵漏水超限故障，影響機(jī)車的正常使用。為此，本人對(duì)南寧局集團(tuán)公司柳州機(jī)務(wù)段近年水泵漏水落修作了調(diào)查，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

表1 柳州機(jī)務(wù)段近年水泵漏水落修的統(tǒng)計(jì)

由上表可以看出，自2013 年以來，水泵漏故障呈逐年上升趨勢(shì)，該故障長期以來困擾著內(nèi)燃機(jī)車質(zhì)量的提升。

機(jī)車離心式水泵漏水原因，為機(jī)械密封磨耗、拉傷以及安裝不當(dāng)?shù)葐栴}造成，反映情況為水泵排污口不斷排水，嚴(yán)重時(shí)水會(huì)通過水泵內(nèi)部油封與柴油機(jī)油底殼機(jī)油混合，使機(jī)油稀釋、乳化，造成柴油機(jī)曲軸、連桿等部件潤滑和冷卻不良，甚至導(dǎo)致大部件破損。

2 水泵密封的結(jié)構(gòu)分析

內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)冷卻水分為高、低溫系統(tǒng)，各采用一臺(tái)離心式水泵，通過柴油機(jī)曲軸齒輪驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)各部件的強(qiáng)制冷卻及預(yù)熱。水泵內(nèi)部機(jī)械密封起密封作用的，是動(dòng)、靜環(huán)之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的密封膜；動(dòng)環(huán)外圈橡膠座；靜環(huán)與軸系的配合橡膠圈三個(gè)部位。當(dāng)其中某一部位發(fā)生泄漏或破損，即造成機(jī)車?yán)鋮s水泄漏，從水泵的排污孔流出。機(jī)械密封主要由靜環(huán)及氟橡膠座、動(dòng)環(huán)及氟橡膠波紋座、不銹鋼壓緊彈簧組成，幾個(gè)零件在水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，密切配合。如圖一所示。

圖1 水泵密封結(jié)構(gòu)示意圖

3 水泵漏水原因分析

3.1 機(jī)車狀態(tài)引起的漏水 通常內(nèi)燃機(jī)車大、中修是才會(huì)對(duì)水泵進(jìn)行全面的檢修，由于現(xiàn)行機(jī)車修程規(guī)定4 個(gè)小修定檢期（約為7 個(gè)月）后才進(jìn)行大、中修。而據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在機(jī)車檢修出廠后的首個(gè)小修定檢期內(nèi)發(fā)生漏水超限的情況比較多，之后隨著機(jī)車使用率的頻繁，各部件之間的磨合相對(duì)平穩(wěn)，在使用至第二個(gè)小修定檢期后，水泵漏水情況較前減少。例如：2016 年10 月份，DF8B-5092 機(jī)車低溫水泵漏水，在車上表現(xiàn)為線狀，該水泵前期因漏水剛換不到1個(gè)月。將該水泵落修后在試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行性能試驗(yàn)，未發(fā)生漏水。于是作為試驗(yàn)，不對(duì)該水泵進(jìn)行分解檢修，將其更換到另一臺(tái)機(jī)車使用，裝車后，發(fā)現(xiàn)水泵排污孔濕潤，1000 r/min時(shí)，漏水3滴，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)維持使用。經(jīng)過2 個(gè)月跟蹤，該水泵使用情況良好，未發(fā)生嚴(yán)重的漏水現(xiàn)象。據(jù)此可以認(rèn)為水泵的裝車狀態(tài)、機(jī)車的振動(dòng)情況都可能對(duì)水泵的機(jī)械密封造成影響。

3.2 季節(jié)性漏水 由圖1可以看到，因水泵內(nèi)部密封件的橡膠座與冷卻水直接接觸，在低溫季節(jié)由于熱脹冷縮的原因，橡膠座發(fā)生了變形。動(dòng)環(huán)橡膠座與水泵軸Φ45 mm 處為過盈配合，在起到輔助密封作用的同時(shí)還可以與軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生扭力，帶動(dòng)密封件動(dòng)環(huán)產(chǎn)生同步運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行工作。該橡膠圈發(fā)生變形后與水泵軸的配合不良，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，勢(shì)必與軸產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而起不到密封作用，同時(shí)也不能傳遞扭力，導(dǎo)致動(dòng)、靜環(huán)石墨面無法建立密封膜，最終密封組件失效。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年冬季氣溫下降時(shí)，都會(huì)發(fā)生多起水泵漏水故障，落修率占全年的70%。

3.3 機(jī)械密封件不潔引起漏水 由于水泵內(nèi)部機(jī)械密封原件為動(dòng)態(tài)密封，密封件表面材質(zhì)為石墨，當(dāng)兩個(gè)密封件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)車?yán)鋮s水系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)就會(huì)夾雜在密封件的石墨面，造成石墨面的拉傷、磨損，導(dǎo)致密封不良。

3.4 安裝不當(dāng) 水泵安裝到柴油機(jī)上之后，由于安裝過程的一些不當(dāng)操作，以及檢修過程中的違反工藝檢修行為，都有可能對(duì)水泵運(yùn)行造成損害，最終表現(xiàn)為漏水現(xiàn)象。例如：2016 年11 月中旬，有兩位職工更換水泵，跟班作業(yè)過程發(fā)現(xiàn)：因擔(dān)心水泵進(jìn)水法蘭漏水，工作者先將進(jìn)水法蘭緊固完畢，再緊固水泵安裝座，然后用手搖動(dòng)水泵葉輪確認(rèn)齒隙。這樣的操作存在一個(gè)問題，即進(jìn)水法蘭緊固以后，水泵安裝座與柴油機(jī)機(jī)體座會(huì)有較大的不同軸度，當(dāng)最后緊固安裝座時(shí)，相當(dāng)于水泵被強(qiáng)行安裝入座，水泵齒輪與柴油機(jī)過輪之間的齒隙得不到保證。同時(shí)又因工作者之間存在手感差異，僅憑轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪得出齒隙是否達(dá)標(biāo)的結(jié)論也會(huì)不同，這樣就有可能使齒隙過大的水泵裝車運(yùn)用，雖然近期內(nèi)不漏水，但水泵齒輪長期受到徑向應(yīng)力擠壓，勢(shì)必對(duì)整個(gè)水泵軸系、機(jī)械密封貼合狀態(tài)造成影響，從而發(fā)生漏水漏油現(xiàn)象。

4 原因分析及改進(jìn)措施

4.1 嚴(yán)格按照檢修工藝進(jìn)行組裝 檢修合格后的水泵在組裝到柴油機(jī)車的過程中要嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及機(jī)車大修規(guī)程：水泵的驅(qū)動(dòng)齒輪與柴油機(jī)過渡齒輪之間要求有0.2～0.5 mm 的齒間間隙，以保證水泵在受到驅(qū)動(dòng)的過程中整個(gè)軸系不被外力擠壓，使水泵的機(jī)械密封處于良好的自由密封狀態(tài)，也使水泵軸承、葉輪等部件保持相對(duì)穩(wěn)定；檢修工作者要按照壓鉛法，對(duì)齒間隙進(jìn)行測(cè)量；柴油機(jī)各部在組裝過程中，保證各部配合尺寸達(dá)到質(zhì)量要求。

4.2 加強(qiáng)機(jī)車維護(hù)與啟動(dòng)打溫 季節(jié)性漏水原因與機(jī)車的使用頻率有關(guān)，機(jī)車柴油機(jī)在熱機(jī)情況下，水泵的機(jī)械密封可以保持相對(duì)穩(wěn)定。因此，在低溫季節(jié)，為保證機(jī)車柴油機(jī)各部件的正常運(yùn)作，加強(qiáng)對(duì)機(jī)車的維護(hù)與啟動(dòng)打溫，可以有效地提高柴油機(jī)各零部件的使用壽命。

4.3 選用優(yōu)質(zhì)的機(jī)械密封材質(zhì) 柳州機(jī)務(wù)段2016年10月份至2017年3月份，收集了16個(gè)機(jī)械密封反饋回廠家，征求技術(shù)意見。廠家反饋了如下有用信息。

1）橡膠波紋管（機(jī)械密封動(dòng)環(huán)外圈橡膠，與水泵軸配合安裝部位Φ45 mm）與水泵軸接觸部位在運(yùn)用過程有明顯的摩擦痕跡，說明軸與橡膠圈發(fā)生了相對(duì)位移、摩擦。我們分解漏水的水泵時(shí)，有些機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)的石墨面非常光滑，觀察不出有劃痕磨損的跡象，但觀察動(dòng)環(huán)與軸配合的膠圈時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)一些白色物質(zhì)，以及一些橡膠圈與軸摩擦后產(chǎn)生高溫，留下的黑色塊狀物。此信息促使檢修人員改變既往查找漏水原因只著眼石墨面是否存在拉傷、磨耗現(xiàn)象的做法，養(yǎng)成從檢查動(dòng)環(huán)安裝座質(zhì)量入手的維修習(xí)慣。

2）機(jī)械密封總成后部的彈簧是保證動(dòng)、靜環(huán)石墨面之間有一定的壓力，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)形成密封。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)在彈簧后部有違反規(guī)定加裝墊片的現(xiàn)象。由于當(dāng)墊片的厚度超過1.5 mm 時(shí)，會(huì)增加動(dòng)、靜環(huán)之間石墨密封面的壓力，導(dǎo)致彈簧可能形成并圈，造成密封件石墨面之間的端面壓力成倍增加，使動(dòng)、靜環(huán)之間的摩擦力大于動(dòng)環(huán)膠圈與軸的抱緊力，致使密封組件失效。因此，檢修水泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)動(dòng)環(huán)座安裝有墊片的，必須將其取消，保證水封彈簧的正常壓緊力。

3）由于水封石墨表面對(duì)清潔度的要求比較高，為防止雜質(zhì)進(jìn)入摩擦面要重點(diǎn)做好兩項(xiàng)工作：一是檢修時(shí)對(duì)泵體內(nèi)部進(jìn)行清潔并吹掃，杜絕使用抹布或手觸摸機(jī)械密封石墨面；二是機(jī)車中修時(shí)對(duì)水系統(tǒng)的管路內(nèi)部進(jìn)行全面清洗，同時(shí)做好預(yù)防異物掉入管路的防護(hù)。

4）選用合適的機(jī)械密封靜環(huán)。水泵發(fā)生漏水后，經(jīng)分解發(fā)現(xiàn)靜環(huán)面劃痕有不規(guī)則，偏磨等現(xiàn)象，為此，選用了石墨面較寬的改進(jìn)型靜環(huán)。如圖2所示。

圖2 改進(jìn)前后的機(jī)械密封靜環(huán)實(shí)物圖

5 結(jié)束語

內(nèi)燃機(jī)車水泵漏水是長期影響機(jī)車質(zhì)量的問題之一。本文提出的措施、建議付諸實(shí)施后水泵漏水現(xiàn)象得到一定改善，說明嚴(yán)格按照機(jī)車保養(yǎng)要求和檢修工藝進(jìn)行檢修既是必要的也是有效的。但因水泵設(shè)計(jì)存在局限性和機(jī)械型密封原件在運(yùn)用過程受綜合因素影響的復(fù)雜性，要做到完全密封還需進(jìn)一步探索與實(shí)踐。