內(nèi)燃機車水泵漏水故障分析與對策

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)燃機車使用離心式水泵，對柴油機各部件進行強制冷卻。該型水泵設(shè)計了動、靜相對運動形成密封膜的機械型密封，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。機車運用過程，經(jīng)常發(fā)生水泵漏水超限故障，影響機車的正常使用。為此，本人對南寧局集團公司柳州機務(wù)段近年水泵漏水落修作了調(diào)查，統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

表1 柳州機務(wù)段近年水泵漏水落修的統(tǒng)計

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

機車離心式水泵漏水原因，為機械密封磨耗、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)重時水會通過水泵內(nèi)部油封與柴油機油底殼機油混合，使機油稀釋、乳化，造成柴油機曲軸、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)燃機車柴油機冷卻水分為高、低溫系統(tǒng)，各采用一臺離心式水泵，通過柴油機曲軸齒輪驅(qū)動，實現(xiàn)對柴油機各部件的強制冷卻及預(yù)熱。水泵內(nèi)部機械密封起密封作用的，是動、靜環(huán)之間相對運動形成的密封膜；動環(huán)外圈橡膠座；靜環(huán)與軸系的配合橡膠圈三個部位。當(dāng)其中某一部位發(fā)生泄漏或破損，即造成機車?yán)鋮s水泄漏，從水泵的排污孔流出。機械密封主要由靜環(huán)及氟橡膠座、動環(huán)及氟橡膠波紋座、不銹鋼壓緊彈簧組成，幾個零件在水泵運轉(zhuǎn)時，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 機車狀態(tài)引起的漏水 通常內(nèi)燃機車大、中修是才會對水泵進行全面的檢修，由于現(xiàn)行機車修程規(guī)定4 個小修定檢期（約為7 個月）后才進行大、中修。而據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在機車檢修出廠后的首個小修定檢期內(nèi)發(fā)生漏水超限的情況比較多，之后隨著機車使用率的頻繁，各部件之間的磨合相對平穩(wěn)，在使用至第二個小修定檢期后，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個月。將該水泵落修后在試驗臺進行性能試驗，未發(fā)生漏水。于是作為試驗，不對該水泵進行分解檢修，將其更換到另一臺機車使用，裝車后，發(fā)現(xiàn)水泵排污孔濕潤，1000 r/min時，漏水3滴，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)維持使用。經(jīng)過2 個月跟蹤，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)、機車的振動情況都可能對水泵的機械密封造成影響。

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還可以與軸同時轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生扭力，帶動密封件動環(huán)產(chǎn)生同步運轉(zhuǎn)進行工作。該橡膠圈發(fā)生變形后與水泵軸的配合不良，在高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，勢必與軸產(chǎn)生相對運動而起不到密封作用，同時也不能傳遞扭力，導(dǎo)致動、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，每年冬季氣溫下降時，都會發(fā)生多起水泵漏水故障，落修率占全年的70%。

3.3 機械密封件不潔引起漏水 由于水泵內(nèi)部機械密封原件為動態(tài)密封，密封件表面材質(zhì)為石墨，當(dāng)兩個密封件相對運動時，機車?yán)鋮s水系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)就會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，都有可能對水泵運行造成損害，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)心水泵進水法蘭漏水，工作者先將進水法蘭緊固完畢，再緊固水泵安裝座，然后用手搖動水泵葉輪確認(rèn)齒隙。這樣的操作存在一個問題，即進水法蘭緊固以后，水泵安裝座與柴油機機體座會有較大的不同軸度，當(dāng)最后緊固安裝座時，相當(dāng)于水泵被強行安裝入座，水泵齒輪與柴油機過輪之間的齒隙得不到保證。同時又因工作者之間存在手感差異，僅憑轉(zhuǎn)動葉輪得出齒隙是否達(dá)標(biāo)的結(jié)論也會不同，這樣就有可能使齒隙過大的水泵裝車運用，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，勢必對整個水泵軸系、機械密封貼合狀態(tài)造成影響，從而發(fā)生漏水漏油現(xiàn)象。

4 原因分析及改進措施

4.1 嚴(yán)格按照檢修工藝進行組裝 檢修合格后的水泵在組裝到柴油機車的過程中要嚴(yán)格執(zhí)行檢修工藝、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及機車大修規(guī)程：水泵的驅(qū)動齒輪與柴油機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)動的過程中整個軸系不被外力擠壓，使水泵的機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穩(wěn)定；檢修工作者要按照壓鉛法，對齒間隙進行測量；柴油機各部在組裝過程中，保證各部配合尺寸達(dá)到質(zhì)量要求。

4.2 加強機車維護與啟動打溫 季節(jié)性漏水原因與機車的使用頻率有關(guān)，機車柴油機在熱機情況下，水泵的機械密封可以保持相對穩(wěn)定。因此，在低溫季節(jié)，為保證機車柴油機各部件的正常運作，加強對機車的維護與啟動打溫，可以有效地提高柴油機各零部件的使用壽命。

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

1）橡膠波紋管（機械密封動環(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用過程有明顯的摩擦痕跡，說明軸與橡膠圈發(fā)生了相對位移、摩擦。我們分解漏水的水泵時，有些機械密封動、靜環(huán)的石墨面非常光滑，觀察不出有劃痕磨損的跡象，但觀察動環(huán)與軸配合的膠圈時，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)成從檢查動環(huán)安裝座質(zhì)量入手的維修習(xí)慣。

2）機械密封總成后部的彈簧是保證動、靜環(huán)石墨面之間有一定的壓力，高速運轉(zhuǎn)時形成密封。檢修時發(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，會增加動、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、靜環(huán)之間的摩擦力大于動環(huán)膠圈與軸的抱緊力，致使密封組件失效。因此，檢修水泵時，發(fā)現(xiàn)動環(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清潔度的要求比較高，為防止雜質(zhì)進入摩擦面要重點做好兩項工作：一是檢修時對泵體內(nèi)部進行清潔并吹掃，杜絕使用抹布或手觸摸機械密封石墨面；二是機車中修時對水系統(tǒng)的管路內(nèi)部進行全面清洗，同時做好預(yù)防異物掉入管路的防護。

4）選用合適的機械密封靜環(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型靜環(huán)。如圖2所示。

圖2 改進前后的機械密封靜環(huán)實物圖

5 結(jié)束語

內(nèi)燃機車水泵漏水是長期影響機車質(zhì)量的問題之一。本文提出的措施、建議付諸實施后水泵漏水現(xiàn)象得到一定改善，說明嚴(yán)格按照機車保養(yǎng)要求和檢修工藝進行檢修既是必要的也是有效的。但因水泵設(shè)計存在局限性和機械型密封原件在運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一步探索與實踐。