尼龍直線軸承在高壓灌漿泵中的應用分析

李紅福 趙偉

摘 要 近年來，隨著國內基建規模不斷擴大，高噴防滲墻得到了廣泛的應用。高壓灌漿泵是高噴防滲墻的關鍵設備，通過高壓輸送水或水泥漿液等介質到地層中，高壓射流對地層逐層進行切割、攪拌與水泥漿液混合，形成高噴防滲墻。在瀘定縣硬梁包水電站高噴防滲墻施工中，國產XPB-90E高壓泵使用中，液力端密封組件、柱塞等極易因高溫導致損壞，通過對高噴泵液力端結構組件創新改造，使用尼龍直線軸承替代柱塞夾布V型密封組件，延長了單次維修高壓泵后的使用周期，提高了使用壽命，降低了施工成本，提高設備的完好率和使用率，確保了工程施工質量。對XPB-90E高壓泵的液力端密封組件結構進行改造，取得了良好的效果。

關鍵詞 尼龍直線軸承;高壓灌漿泵;應用

1工程概述

硬梁包水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣境內的大渡河干流上，為四川省大渡河干流最新規劃28級方案的第14級電站，上游為瀘定水電站，下游接大崗山水電站。電站采用引水式開發，水庫正常蓄水位1246m，相應庫容2075.4萬m?。電站總裝機容量111.6萬kW。電站工程規模為二等大（2）型，采用混凝土閘和面板堆石壩+左岸引水系統+地下廠房的樞紐總布置方案。通過2條長約14.4km引水隧洞在下游花石包地下廠房安裝4臺27萬kW機組發電[1]。

2高噴泵液力端原廠密封組件的結構原理

高噴泵的液力端主要由柱塞、壓緊螺母、導油套、柱塞密封組件、吸排液閥組件、泵頭等部件構成。其中柱塞密封組件由銅支撐壓環、4道夾布V型密封、銅密封托環、銅墊環及1道UN型密封組成;銅支撐壓環、4道夾布V型密封、銅密封托環構成盤根料，安裝于長盤根套后部，銅墊環及1道UN型密封作為漿液主要密封件安裝于長盤根套前部泵頭側。盤根料作為靜密封，起到密封液體泄漏、支撐柱塞、軸承效應，在盤根與柱塞之間形成一層薄薄的油膜，在壓力交變的情況下不磨損柱塞等作用。

高噴泵工作時，潤滑油泵將冷卻油通過長盤根套的注油孔注入安裝在盤根套中的導油套內，通過油道到達柱塞表面進行冷卻、潤滑、清洗等作用，由于盤根的阻塞，導致柱塞在運動過程中，直接冷卻的面積只有柱塞的后部接近一半的長度，且在柱塞運動時，盤根將柱塞表面的冷卻油刮掉，僅留下一層油膜，充分冷卻的部位只有導油套所在位置，僅有柱塞總長度的1/5長度，在柱塞前部銅墊環及UN型密封處基本處于干磨狀態，僅僅依靠漿液的冷卻，但漿液的冷卻作用有限，且漿液經過泵壓后溫度上升，導致柱塞前部在運動過程中始終處于升溫狀態，跟柱塞配合的UN密封及充當盤根的夾布V型密封也不斷升溫，最終超過密封本身承受溫度極限導致燒壞變形，密封失效后漿液泄漏造成壓力損失、柱塞表面拉傷、污染潤滑油等故障[2]。

3尼龍直線軸承的設計思路、結構原理及使用對比情況

由于高噴泵液力端所產生故障的根本原因為高溫導致，進一步的研究發現充當盤根的夾布V型密封是產生高溫的主要因素，由于柱塞在盤根的包裹下往復運動，大量冷卻油被盤根阻擋，不能進入柱塞前部運動區域，僅能形成少量油膜，柱塞前部冷卻效果幾乎為零，在摸透高噴泵液力端各零部件所起的作用后，為了解決施工中頻繁修理高噴泵密封組件故障以致耗工耗時的問題，公司對該密封組件提出改進結構的方案，將柱塞后部安裝的充當盤根的銅支撐壓環、4道夾布V型密封、銅密封托環等密封件更換為尼龍66材質的尼龍直線軸承，既能對柱塞起到支撐作用，又能在柱塞運動過程中充分潤滑、冷卻柱塞表面，使溫度始終保持在30～40℃范圍內，使柱塞前部主要起密封高壓液體的UN密封能得到較好的冷卻，從而提高了使用壽命。

尼龍直線軸承外徑與夾布V型密封外徑相同，以便于安裝及拆卸，在軸承內圓均布3mm×2mm的軸向油槽，貫通整個尼龍直線軸承，形成通往柱塞前部的完整油路通道，考慮到柱塞運動過程中會因自重產生向下位移，尼龍直線軸承在滿足冷卻的條件下，還應對柱塞起到支撐作用，軸承內徑加工尺寸比柱塞外徑加大0.2mm后，在軸承內圓加工3mm×2mm的徑向螺旋油槽，與軸承橫截面呈15度角，增加冷卻油與柱塞的接觸面積，在充分冷卻的同時，油液壓力對往復運動中的柱塞起到向心支撐作用，減少柱塞與尼龍直線軸承的摩擦，并避免柱塞前部對UN密封造成沖擊，緩解UN密封的工作唇邊受壓力不均勻的狀態。

高噴泵工作時，潤滑油泵將冷卻油通過長盤根套的注油孔注入安裝在盤根套中的導油套內，在油泵壓力的作用下，冷卻油通過導油套的油道進入尼龍直線軸承內圓的軸向及徑向油槽，直達柱塞前部UN密封安裝位置，冷卻油影響區域包含UN密封工作唇邊處，使之得到充分的潤滑及冷卻，極大改善UN密封的工作環境，使用壽命得到提高[3]。

4使用實例

硬梁包電站首部明渠一期圍堰為高噴防滲墻+混凝土防滲墻結構，施工時間段為2019年12月-2020年6月，在縱向圍堰下游側12～13單元的高噴防滲墻施工中，對使用夾布V型密封充作盤根及使用尼龍直線軸承的XPB-90E高噴泵進行了對比試驗，試驗結果表明，在相同工況下（高噴泵壓力、轉速相同，冷卻油泵及冷卻油相同）使用盤根的高噴泵在施工157.1米后，3套盤根及UN密封由于高溫拉漿損壞，柱塞表面磨損過大導致報廢。使用尼龍直線軸承的高噴泵施工1135.7米后，高噴泵依然工作狀態完好。具體成本分析詳見表1。

5結束語

通過分別安裝2種結構高噴泵的施工試驗，證明安裝尼龍直線軸承的高噴泵使用壽命遠遠大于使用銅支撐壓環、4道夾布V型密封、銅密封托環構成盤根料的高噴泵。使用尼龍直線軸承的潤滑、冷卻區域從柱塞后部直達柱塞前部，有效改善了柱塞及UN密封的工作環境，充分潤滑、冷卻柱塞表面及UN密封工作唇邊，大大降低了高噴泵的故障率，減少高噴泵零部件及維修人工投入，直接降低施工成本，提升施工效率，提高企業效益。

參考文獻

[1] 王劍.直線軸承在立式真空爐中的應用[J].熱處理技術與裝備，2012，33（3）：44-47.

[2] 彭曼如.尼龍套在工程機械上的應用[J].工程機械，1980（4）：52-53.

[3] 張征，高健.MC尼龍在門機滑輪軸套上的替代應用[J].港口裝卸，2003（4）：41.