泵軸承室漏油改造優化方案

文/何正石

淺析核電用泵軸承室漏油的原因及改造優化措施——通過對核電用泵軸承室漏油現象進行分析，確定漏油產生的原因，為核電站漏油泵設備的改造明確方向，總結并提出一些泵軸承室漏油改造優化方案及設計過程中如何避免出現漏油的工程應用經驗。

近年來，隨著我國核電站建設步伐的加快，越來越多的核電機組進入到了發電商運階段，安全是核電機組穩定運行的前提，泵設備作為核電站重要組成部分，與核電站的安全運行息息相關。

泵作為轉動機械必須有軸承支承，而軸承在使用中必須有相應的潤滑系統，潤滑系統中常見的潤滑劑有潤滑油、潤滑脂和固態潤滑劑3大類,其中泵軸承最常用的潤滑劑為潤滑油。潤滑油為液態，若軸承箱體潤滑油油位、結構以及密封形式等設計不合理或使用不當,將會出現潤滑油泄漏的現象，對泵設備的安全運行存在隱患。

情況介紹

泵軸承箱體漏油為泵設備最為常見的故障之一，個別泵組在出廠試驗、現場安裝調試期間由于設備間斷運行或連續運行時間較短，未發現漏油情況，而在設備正式投入運轉半個月以上后在軸承壓蓋外邊緣下端或軸承箱體外表面出現潤滑油，如圖1所示。

圖1 潤滑油泄漏

原因分析

泵軸承潤滑的方式有浸油潤滑、甩油環潤滑和強制潤滑，單級、臥式、懸臂式離心泵多采用浸油潤滑，臥式、兩端支撐泵多采用甩油環潤滑，高 速 泵（轉 速＞3 000 r/min）采用強制潤滑，浸油潤滑和甩油環潤滑在核電用泵中最為常見，浸油潤滑和甩油環潤滑典型結構如下圖2、圖3所示：

圖2 浸油潤滑

圖3 甩油環潤滑

漏油的原因有很多種，常見的有油位過高、油封失效以及軸承油室內外存在壓力差等，詳細分析如下。

油位過高

油位過高導致漏油一般發生在浸油潤滑軸承結構中，對于浸油潤滑，其潤滑原理是通過軸承中的滾珠把油帶到軸承的其他部位，然后潤滑油再流回到軸承室中；設計油位的高度在軸承最下部滾珠的中心稍低的位置，由于油杯孔位置加工、油杯制造及泵組安裝等偏差影響，部分泵組安裝后出現油位過高，油位距離油封較近，從而導致漏油，這類問題在軸承規格較小的泵組漏油中比較常見。

油封失效

常見的油封結構有防塵盤、骨架油封、機械油封等；

防塵盤是利用許多節流間隙與膨脹空腔組成的通道，多次節流減壓達到封油的目的，但一旦防塵盤與靜止件間隙增大，封油效果將大大降低，出現漏油，防塵盤結構如圖4所示。

圖4 防塵盤結構

骨架油封是通過自緊彈簧的收縮力對軸產生一定的徑向抱緊力，遮斷泄漏間隙達到封油的目的，但密封圈易受熱老化、磨損而出現漏油。

機械油封是一種采用動靜環配合O型圈機械式動密封，浮動O型圈在泵停機時也具有密封效果，加工精度高、油封效果好，但安裝過程中O型圈劃傷損壞或軸承室內壓力較大時，會出現漏油的情況，機械油封結構如圖5所示。

圖5 機械油封

油室存在壓力差

泵運轉過程中，軸承產生的熱量傳遞給潤滑油使潤滑油溫度升高，潤滑油溫度升高后體積變大，黏度降低，并且部分潤滑油由液態變成氣態，因此在軸承壓蓋與滾動軸承之間腔體處出現油氣混合現象；軸承室溫度升高使軸承室內部壓力略微大于大氣壓力，若該壓力差如不能及時消除，在壓力差的作用下會導致油氣通過油封逸出，油氣遇空氣冷凝，逐步產生油滴，在軸承壓蓋處聚集形成漏油。

改進措施

降低油位

設計時在保證軸承安全使用壽命的前提下盡量降低潤滑油油位，泵設備在現場安裝后因潤滑油油位過高導致漏油可采用下述方法降低油位：

① 加工油杯座端面降低油杯相對油杯座的位置。② 檢查軸承箱體上油杯安裝孔加工是否傾斜，若油杯安裝孔加工傾斜導致油杯座橫支管上翹，則可在不改變孔位置的情況下，使油杯座橫支管下彎，保持其水平。③ 軸承箱體尺寸允許時，更換位置重新加工油杯安裝孔。

上述方案①和②由于油杯結構的原因，只能進行微調，降低的油位較有限。

優化油封結構

① 改進優化防塵盤結構方案有兩種。方案一：將油室內防塵盤靜環端面前伸，使防塵盤靜環比動環長，被甩油環帶起飛濺的潤滑油不易落在防塵盤動環上，避免防塵盤動環上存油泄漏，如圖6所示；方案二：在保證運轉安全的前提下，盡量減小防塵盤動環與靜環間徑向間隙（如圖6中的E值）E，提高防塵盤節流減壓的效果。② 更換油封結構，將防塵盤、骨架油封結構升級改造為機械油封。

圖6 優化防塵盤

消除油室壓力差

當軸承壓蓋與滾動軸承間的腔體處與大氣壓存在壓差時會出現漏油，而軸承運轉時潤滑油在軸承間隙處形成液膜，軸承壓蓋與滾動軸承間的腔體處的壓力不能通過軸承室放氣塞釋放，因此為消除該腔體處的壓差，改造優化方案如下：

① 軸承壓蓋與軸承之間的腔體與軸承室內部設置平衡孔，通過軸承室的放氣塞與大氣連通，消除軸承壓蓋與滾動軸承腔體處壓差，防止潤滑油泄漏，如圖7所示。② 軸承壓蓋上增加通氣管，連通大氣，如圖8所示。

圖7 軸承室平衡孔

圖8 軸承壓蓋通氣管

動力密封

根據離心泵背葉片平衡軸向的工作原理及背葉片有能夠防止雜質進入軸封的功能，在軸承室內部泵軸上采用熱裝或螺釘緊固的方式安裝擋油盤，調整擋油盤與軸承室的軸向間隙，使其間隙控制在1～2mm（擋油盤與軸承室不摩擦的情況下，盡量減小二者間隙），如圖9所示。

圖9 軸承室擋油盤結構

泵軸旋轉帶動擋油盤旋轉，轉動過程中擋油盤通過對空氣摩擦做功，使擋油盤附近空氣產生一個微弱的離心力，在離心力的作用下，擋油盤邊緣處壓力高于根部的壓力，在壓差的作用下，外部空氣會向軸承箱體內部微弱的流動，以此來阻擋軸承箱體內油霧向軸承箱體外逸出，達到消除漏油問題的目的。

結論

上述改進措施均可用于解決核電用泵的軸承室漏油情況，在實際應用中需根據軸承部件結構、尺寸及現場具體情況確定合適的解決處理方案，也可幾種方案一起配合使用，使軸承室的封油效果達到最佳。

本文主要針對核電現場已運行泵組的漏油問題提出改造優化方案，在泵軸承油封結構設計時除參考上述方案外，還應注意以下幾點：

① 兼顧成本的同時合理選擇適用的油封結構。② 保證軸承使用安全的前提下盡量降低軸承室潤滑油油位。③ 若選擇防塵盤迷宮油封時，保證轉動件（防塵盤或防塵盤動環）與靜止件（軸承壓蓋或防塵盤靜環）不摩擦的情況下，盡量減小二者間隙，增強油封效果。④ 結構及外形尺寸允許的情況下，加大軸承與軸承壓蓋間腔體的體積，并盡量加大回油孔或回油槽的面積，使軸承壓蓋處回油及時，不存油。 ●