護管式清水潤滑導軸承在大型立式水泵上的應用
1、問(wèn)題的提出
立式水泵機組，由于結構、制造、安裝誤差、來(lái)流等各方面原因，運行時(shí)主軸和葉輪受徑向力作用，水泵導軸承起著(zhù)穩定泵軸和葉輪的作用。導軸承最早采用橡膠材料，河水潤滑。隨著(zhù)水泵向大型化發(fā)展，轉動(dòng)部分的不平衡徑向力隨之增大，盡管后來(lái)又采用了耐磨性能更好的聚胺酯等其它材料，并采用清水潤滑，但效果不好，軸承材料極易磨損，河水水質(zhì)差時(shí)運行壽命只有數百小時(shí)。檢查發(fā)現，被磨損軸承內壁嵌有大量沙粒，說(shuō)明清水裝置密封效果不好，河水中泥沙仍會(huì )進(jìn)入軸承。所以，后來(lái)在大型立式水泵中普遍采用油潤滑巴氏合金導軸承，增加其承載抗磨能力。但油軸承結構復雜、成本高，致命的缺點(diǎn)就是下面的水密封裝置不可靠，經(jīng)常失效大量漏水，而致軸承浸水受損�？紤]到清水潤滑導軸承，只要保證河水中泥沙不進(jìn)入，其運行壽命就有可能大大延長(cháng)。分析其問(wèn)題所在，對其結構進(jìn)行改進(jìn)，將油軸承改為水軸承。
2、兩種清水潤滑軸承結構比較
2.1、橡皮板密封清水潤滑導軸承
傳統的橡皮板密封清水潤滑導軸承考慮到河水潤滑泥沙磨損比較嚴重，在軸承頂部設清水箱，供以壓力清水潤滑(如圖1)。這種結構在多泥沙泵站效果仍不理想，泵體內河水中的泥沙仍會(huì )進(jìn)入軸承，破壞軸襯和軸頸。其原因是水體由下部經(jīng)導葉槽流出后，過(guò)流斷面突然擴大，在清水箱頂部形成回流區，水流速度減緩，水中泥沙受重力作用沉積下來(lái)，并經(jīng)橡皮板密封間隙落入清水箱和軸承間隙，起磨料作用損壞軸承。
圖1 橡皮板密封清水潤滑導軸承
2.2、護管式清水潤滑軸承
護管式清水潤滑軸承，保留原油軸承水泵導葉體后導水錐及泵軸護管，在泵體外護管上端與泵軸之間增設動(dòng)水密封裝置，通過(guò)葉片內預埋管或護管上部向導軸承供以清水，壓力大于泵內水體，清水沿軸承內壁水槽向下流動(dòng)，形成潤滑(圖2)。這種結構與傳統的橡皮板密封清水潤滑結構相比，軸承上部完全與泵內水體隔絕開(kāi)，能夠保證河水中泥沙不會(huì )進(jìn)入軸承，使軸承有很好的潤滑條件。這與真空技術(shù)網(wǎng)之前介紹的小型立軸導葉式泵抽送泥沙水的防護措施恰好一致。
圖2 護管式清水潤滑導軸承
3、油軸承改為水軸承的應用實(shí)例
3.1、應用背景
江蘇省江都第三抽水站裝機ZL13.5—8大型立式水泵配套1600kW立式可逆變極電機10臺套，水泵葉輪直徑D=2.0m，設計揚程8m，設計流量13.5m3s。水泵采用雙畢托管式油潤滑合金軸承，軸承設于導葉體輪轂內，輪轂下部采用梳齒迷宮環(huán)密封裝置，輪轂上部與對開(kāi)型后導水錐及固定的護管連接，護管設于泵軸外側并穿出泵蓋，護管外壁與泵蓋間設靜水封，護管內側與泵軸之間與大氣相通，阻止泵內水體進(jìn)入導葉體輪轂腔損壞油軸承。
這種軸承應用過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生故障，主要表現為：
(1)自循環(huán)輸油畢托管常折斷，軸承體底部轉動(dòng)油盆的潤滑油無(wú)法到達上油箱，軸承與軸頸發(fā)生干摩擦而損壞；
(2)軸承下部梳齒迷宮環(huán)密封泄漏量大，漏水排水不及，導葉體輪轂內泄漏水水位上升，超過(guò)允許最高水位而致軸承浸水受損。每臺水泵都發(fā)生過(guò)此類(lèi)故障，平均每臺發(fā)生4次左右，最多的超過(guò)10次，而且往往發(fā)生在排澇抗旱緊張階段，不得不搶修更換軸承，有時(shí)還需將機組全部拆開(kāi)，吊出泵軸對軸頸進(jìn)行噴鍍處理，由于時(shí)間短、人力緊、環(huán)境差(其它機組仍在運行)，搶修機組的質(zhì)量很難得到保證，往往連續發(fā)生故障，嚴重影響機組的可靠性和設備完好率，增加檢修費用和工人勞動(dòng)強度。
鑒于上述情況，于1972年前后將3#、8#水泵油潤滑軸承改為水潤滑軸承后分別于1996年和1997年進(jìn)行全面解體檢查、周期性大修。當時(shí)已運行15年，運行時(shí)數達50000h，超過(guò)7～10年的大修周期，其間水泵工作狀態(tài)一直良好(其它水泵油軸承15年期間平均每臺檢修2～3次)，解體后檢查測量軸承磨損僅1mm，機組運行可靠性和水泵軸承壽命都大大提高，節省了維修費用，取得了較好的經(jīng)濟效益。
相反，第四抽水站一臺軸承油潤滑改成水潤滑的水泵，在短短的一年多時(shí)間內，軸承發(fā)生3次故障而大修，最嚴重的是1991年大水緊張排澇期間，軸承磨損至軸承體，軸承體反過(guò)來(lái)又將泵軸頸拉出1～2mm深的凹痕，并發(fā)生葉片碰殼。之所以出現這種情況，主要是去除了泵軸護管，采用河水潤滑，而河水含沙量較大。此外，水泵更大(D=3.1m)，軸承承受的徑向力也更大，是造成軸承損壞的又一原因。
4、大型立式水泵采用水潤滑軸承應該注意的主要問(wèn)題
葉輪直徑2m以上的立式水泵油潤滑軸承改用水潤滑軸承，具有可靠性好、成本低、安裝維護方便等優(yōu)點(diǎn)。該軸承同時(shí)也適用于新設計制造的大型立式水泵。但由于轉動(dòng)部件徑向不平衡力大，而水潤滑軸承采用的非金屬材料承載能力與巴氏合金相比相對較差，耐磨能力與潤滑水質(zhì)關(guān)系極大，使用應注意以下問(wèn)題。
4.1、采用護管式清水潤滑結構
實(shí)踐證明，護管式清水潤滑軸承能夠有效防止泥沙進(jìn)入軸承，采用這種結構，潤滑清水必須具有足夠的流量和壓力，保證清水潤滑。在泵體外護管與泵軸之間設動(dòng)水封，該處泵軸擺度及護管內側與泵軸的同軸度應符合要求。否則，泵軸水封效果不好，潤滑清水大量泄漏，而致水壓不能形成，而且大量漏水還會(huì )造成排水、環(huán)境問(wèn)題，甚至冒出的水柱危及上面的電機。
4.2、合理設計軸承
要合理設計軸承，首先要確定合理的軸承設計載荷。水泵導軸承實(shí)際載荷由配套電機電磁不平衡力、機組轉動(dòng)部件機械不平衡力和水泵水力不平衡力構成。筆者通過(guò)對軸承載荷影響因素的全面分析，提出了設計載荷的確定方法。設計載荷確定后，選用承載及耐磨能力強的非金屬軸承材料，軸承結構特別是潤滑水槽尺寸，要滿(mǎn)足材料承壓面積和軸承潤滑能力兩方面要求。
4.3、減小導軸承載荷
泵機組部件制造安裝質(zhì)量誤差及有關(guān)結構是造成水泵導軸承載荷的根本原因。減小軸承載荷的途徑有：提高電機空氣間隙對稱(chēng)均勻程度：減小轉動(dòng)部件偏心質(zhì)量；設置泵軸護管，同時(shí)可以消除泵軸繞流阻力；測量調整葉片角度一致，減小角度誤差；設計高質(zhì)量的進(jìn)水流道，減小葉輪來(lái)流非軸對稱(chēng)。特別是機組安裝時(shí)，盡可能減小安裝誤差，注意控制安裝誤差方向，使其造成的軸承各分載荷作用方向相反，相互抵消，可以大大減小軸承實(shí)際工作載荷，延長(cháng)軸承使用壽命。
5、結論
與軸承相比，大型立式水泵采用護管式清水潤滑軸承，其能夠阻止泵抽引水體泥沙進(jìn)入軸承，因而不但具有投資省、維護方便的優(yōu)點(diǎn)，而且可靠性好，工作壽命長(cháng)。只要設計合理，保證潤滑清水水質(zhì)、壓力和流量，提高安裝質(zhì)量，減小軸承工作載荷，保證護管與泵軸之間的水封性能，護管式清水潤滑軸承在低揚程大型立式水泵中有推廣應用價(jià)值。
