關于斜式軸流泵水導軸承磨損原因分析及處理探討

馬秋嬋

（惠州市惠州大堤東堤管理中心，廣東惠州 516000）

0.引言

斜式軸流泵水導軸承同立式軸流泵水導軸承有具有明顯的差異性，立式泵所承受的徑向力相對較小，而斜式軸流泵所承受的徑向力相對較大，因此對大型斜式軸流泵可靠性造成重大影響的零部件主要有水導軸承、水導軸承部件及結構形式等。

1.概況

大型斜式軸流泵的優勢在于機組受力均勻、水力性能良好、開挖深度小等，因此被越來越多的人所認可，特別是處于低揚程大流量之一工作狀況下，以往傳統的臥式及立式機組并不能滿足當前需求，而在貫流機組并不完善的條件下，最好的選擇就是應用斜式機組[1]。例如當前位于上海浦東國際機場北端的江鎮河出海泵閘，其組成部分主要包括10m擋潮閘及40m/s裝機流量泵站，泵站一共裝設了6臺1600ZxB6.7-3.75型斜300軸流泵，同時配備了6臺YXZ380-24型異步電動機，此項工程建設的任務主要為外排機場內部地面的雨水及長江口附近的飲水等[2]。其在實際運行期間發現，主水泵水導軸承遭受巨大的磨損，經過解體大修之后，已經將水導軸承磨損及因溫度過高而引發的機組頻繁跳閘等問題及時解決。

2.水導軸承特點

斜式泵機組內的水導軸承需要對進一步承擔轉動部件的自重。因軸承長時間于存在一定壓力的水下浸沒，對于部分應用透平油或者是清水潤滑的水導軸承來說，要求其不僅要有理想的承載耐磨能力，還要確保其擁有良好的潤滑條件，同時還要盡快裝置有完善的水密封及排漏水設施，從而避免泵內存在泥沙等雜質的水體大量進入到軸承內[3]。若存在泥沙的水體已經進入到油潤滑軸承內，就會對原有的潤滑條件造成破壞，并對軸承造成損傷，使其在較短時間內導致軸承失去效用。

3.水泵結構形式

斜30°軸流泵的主要組成部件主要有出水彎管、出水直管、進水錐管、動葉外圈、推力軸承箱、水導軸承部件、泵軸部件、導葉體及葉輪部件等9大部分。泵殼體、轉子軸心相對于水平方向來說均需要傾斜30°左右，且退出的水流均經過30°傾斜的殼體，之后經由出水彎頭流道轉變為水平方向排出[4]。進水的流道一般為肘形進水，出水的流道往往為變徑擴散管，并通過快速閘門實現斷流。而水導軸承主要對徑向荷載進行承擔，并通過巴氏合金油脂對其進行潤滑處理，且軸承兩端位置需要通過橡膠進行油封，避免水進入到軸承內部，水泵在應用期間可以經由牛油槍通過導葉體中預埋管定期注入潤滑油脂到水導軸承內。

4.水導軸承部件

斜式泵機組運行的關鍵性技術為水導軸承運用，同時也是一類能對機組安全平穩運行造成較大的影響的重要部件。因而，我們國家已經建立的斜式機組在運用水導軸承期間均存在較多的問題[5]。例如，江鎮河出海泵站在運用水導軸承期間，曾詳細分析并研究了國內外有關滑動軸承生產廠商的產品及其技術，并同國內有關專家意見共同分析之后，此項工程中的水導軸承利用#l銼基脂潤滑軸承；而軸瓦材料則選用巴氏合金軸承材料，潤滑油脂大多會經由外部并通過下部位置導葉片內的小孔于軸承內部緩緩注入，確保整個軸承全部在潤滑油脂內浸潤，而且運行期間需要定時將潤滑油脂添加到軸承內部；軸承體以及軸瓦全部屬于軸向分半結構，軸瓦及軸承體則需要通過燕尾槽澆注完成連接，同時還會設置測溫元件；且軸承兩端也會設置有兩道骨架進行全面密封處理，兩道骨架密封之間均需對其做油脂潤滑處理；此外，其在實際運行期間軸承所能承受的最大溫度為70℃。

5.水導軸瓦的選擇

一般情況下水導軸瓦材質主要包括水潤滑的彈性塑料瓦、稀油潤滑的金屬巴氏合金以及油脂潤滑的金屬軸瓦等3大類。

（1）稀油潤滑的金屬巴氏合金特征：對于相對較大的徑向荷載及徑向的脈動載荷能有效承受、可靠性及安全性高、使用壽命比較久，這類軸承在大、中型等重點水利工程項目中的應用愈發普遍。水導軸承一般情況下應用重力高位油箱，通過對導葉片中的注油孔進行設置來有效潤滑軸承。泵站操作工作者可以很順利的通過油箱將油加入到導軸承內，還能利用放油結構對導軸承潤滑油的具體老化狀況進行全面了解，進而能及時對潤滑油周期進行更換處理。目前往往會在導葉體的導葉片中放置進、出油管，而且考慮到需要定期對潤滑油進行更換，因此會于軸承底部位置設置油管，確保已經老化的潤滑油能盡快有效排出。其中上海太浦河泵站為應用此項水導軸瓦材質的典型水電站[6]。（2）油脂潤滑軸承的結構從軸承本身及稀油潤滑油軸承在材料和密封等方面比較類似來看，應用這種水導軸瓦材質的水電站主要包括紅堆卜泵站、張家塘泵站、川頁德桂畔海泵站以及上海浦東機場泵站等。這類軸承在應用期間需要定時注入適當的油脂，但是不能準確掌握充盈油腔的程度，因此只能通過壓力、溫度傳感器等對其進行間接性的檢測。對于部分長時間停機的排澇泵站來說，其機組在正常運行期間極易出現軸承內潤滑油脂干結、變質硬化等多種不良事件，而因此這一類軸承難以完成自動控制，且很容易引發燒瓦等危險。（3）水潤滑的彈性塑料瓦因自身選用的是水潤滑形式，因此對于泵的密封性并未有較高的要求，而低泵所配置的輔助性設備也相對比較簡單，對其進行管理時也較為方便[7]。因軸瓦運行期間大多在水中，因此不會發生突然燒瓦等危險問題，因而其具有較高的可靠性。其缺點在于因臥式、斜式泵等設備具有較大的徑向載荷，且自身線速度相對較低，泵在實際運行期間難以產生有效的水膜，因而會加大軸承的磨損，因此其大多在年運行時間相對較短的排澇泵站內應用。經過有關研究后發現，稀油潤滑的金屬巴氏合金其導軸具有較理想的承散熱作用，且摩擦系數也不大，能形成比較良好的油膜，因此其潤滑效果非常理想。應用此項水導軸瓦材質的排澇泵站有文頭嶺排澇站、新民排澇站、臨江排澇站等。其中臨江排澇站導軸承瓦采用加拿大COMPAC橙色賽龍材料制作，軸瓦與導軸承殼體之間采用球面微動支座，以增加其自動調心功能，使軸瓦受力均衡，采用外接清水潤滑。

6.斜式軸流泵水導軸承磨損原因分析

6.1 水導軸承磨損基本情況

此次以上海江鎮河出海泵閘3#泵舉例，起動3#主泵運行期間，當其運轉1min之后，水導軸承溫度從剛開始的21℃即刻升高到55℃，這時測溫保護就會開始動作，主機就會停止運行，而且水導軸承箱體位置存在較大的噪音及振動狀況，在及時檢修3#主泵之后顯示，水導軸承磨損可以劃分為幾個部分：（1）主軸軸承檔存在相對輕微的磨損；（2）軸瓦近葉輪端磨損狀況明顯，而且下軸瓦磨損非常嚴重，其表面的一部分巴氏合金已經變為一體，非常雜亂；（3）橡膠密封圈已經出現明顯的老化，而且其同軸配合之間具有較大的間隙，且比設計間隙要大出很多；（4）葉輪流線罩表面及水泵軸近葉輪端存在較為明顯的氣蝕狀況[8]。

6.2 水導軸承磨損原因分析

（1）密封圈材質：水泵應用V型橡膠密封圈，其內部存在金屬彈簧圈，若外部的水大量進入，其會在外部水壓下發生明顯膨脹，進而將外部水阻擋在外。因此需要密封圈的彈性要高，且耐蝕性、耐磨性及耐溫性都要比較理想，同時需要其有較長的壽命。因而，極可能是因為所用密封圈彈性及耐磨性低，使得含砂水大量涌入到軸承內部，而導致軸瓦出現磨損；（2）安裝原因：由于水導軸承屬于一類滑動軸承，其安裝的中心線需要同另一端軸承中心線重合起來，不然會進一步磨損橡膠密封圈及滑動軸承。若密封圈出現較大磨損，則會導致含砂水進入到軸承內，使軸承磨損愈發加重。因而，安裝同心度誤差太大是引發軸瓦磨損的異性關鍵性因素；（3）軸承頂間隙：軸承頂間隙比較小，其只有0.30mm，從而使鋰基潤滑脂不能順利進入到軸承進行潤滑，這時軸承溫度長時間處于高溫狀態，使瓦面磨損進一步加劇[9]。

7.斜式軸流泵水導軸承磨損處理對策

（1）水導軸承一定要接受測定安裝同心度、密封圈材質以及性能等相關檢驗，對磨損原因進行明確之后給予其有效的修復處理，而不是僅僅對其進行密封圈更換及軸瓦修整等手段進行修復。修復期間著重測量及測定主軸同心度偏差、軸瓦孔徑變化、密封圈的內外徑及兩側面磨損變化等。（2）對于部分磨損比較嚴重的水導軸承來說，需要再次澆注巴氏合金，軸承襯瓦內徑需要通過大軸軸頸噴鍍后的外徑進行明確；（3）精心研刮水導軸承軸瓦，保證其接觸面積超過70%；（4）安裝期間在對葉片間隙合格情況進行考慮的同時，需要對大軸與軸承下半部分進行合理調整，保證軸與軸瓦前后兩端底部能夠實現徹底的接觸，同時對大軸及軸瓦兩側間隙進行合理調整。

8.結語

水導軸承出現嚴重的損壞及磨損，會明顯增大機組軸線動擺度，使振動也進一步加重，而且還會進一步引發葉片碰殼等不良事件，從而對其正常運行造成嚴重影響，因此應當盡快找出斜式軸流泵水導軸承磨損的具體原因并對其進行系統且全面的分析，從而制定出切實可行的解決及處理措施，確保其能長期平穩安全運行。