基于低溫水泵漏水原因在大功率柴油機中的探究

滕洪

【摘? 要】大功率柴油機上的低溫水泵的密封是由位于密封支架上的靜環和位于葉輪上的動環兩者共同實現的。水泵運行狀態下，兩者相對運動，接觸面形成一層薄薄的液面，避免了兩者干摩擦，同時對流到葉輪背面的水起到密封作用。正常狀態下，水封不泄漏或者允許少量滴漏。本次泵的泄漏很大，呈帶壓力噴射狀，所以水封失效的可能性很大，而非水封表面或動靜環之間存在異物或劃痕，水泵泄漏的直接原因是軸竄導致水封失效，對此給出了針對性的改進措施。

【關鍵詞】柴油機;低溫水泵;軸承;漏水

某型柴油機為高速大功率V型柴油機，面向柴油機功率輸出端（KS），左側為A排，右側為B排。該柴油機組在調試試驗過程中，柴油機機帶低溫冷卻水泵支承體與蝸殼之間的結合面沿圓周方向突然往外大量噴水，2～3min內低溫水系統水箱低位報警，緊急停機。

1故障排查

拆下低溫冷卻水泵后發現：齒輪端外軸承（單列滾柱軸承）的黃銅質軸承保持架碎裂;軸承內圈與冷卻水泵驅動小齒輪接觸部分的凸肩整圈龜裂并脫落;主軸承外圈有明顯的過熱導致變色現象;水泵葉輪（青銅材質）與進水管刮擦發生卷邊。

打開柴油機齒輪箱檢查，在齒輪箱B側高溫冷卻水泵安裝位置的凸臺上發現5塊崩裂的軸承內圈凸緣碎塊和3塊軸承保持架碎塊及大量的碎金屬屑;在齒輪箱下面的蓋板又發現數塊損壞的軸承內圈和保持架碎塊以及細小的金屬碎塊。

低溫水泵驅動齒輪、中傳齒輪、B列滑油泵齒輪均有不同程度的刮擦和擠壓痕跡。將水泵軸垂直放置，軸承內圈與水泵軸發生可逆的軸向相對位移，約7mm，而圖紙要求為0mm。

水泵軸發生竄動的可能原因有：（1）深槽滾珠軸承內圈未安裝到位即鎖緊螺母。（2）鎖緊螺母沒有按工藝技術文件規定（220+20（N·m），螺紋部分涂抹樂泰防松膠）進行有效緊固，在運轉中發生松動，并引起一系列連鎖反應。（3）水泵或水泵葉輪安裝過程中，水泵葉輪與進水蝸殼的徑向或者軸向間隙（主要是軸向間隙）未達到技術要求，運轉過程中葉輪發生刮擦;設計中不可避免地會產生軸向力，在軸向力和刮擦產生的反向軸向力以及不規則的徑向力綜合作用下，水泵軸在高速轉動中的運動呈不規則多維運動，在振動等作用下引起螺母松動，進而軸承內圈和水泵軸產生相對運動并引起一連串的連鎖反應。拆卸水封靜環檢查發現：由于軸竄，靜環座和與之對應的軸上凸肩發生較嚴重磨損，水封密封環發生形變，油封內圈彈簧斷裂。

低溫水泵的密封是由位于密封支架上的靜環和位于葉輪上的動環兩者共同實現的。水泵運行狀態下，兩者相對運動，接觸面形成一層薄薄的液面，避免了兩者干摩擦，同時對流到葉輪背面的水起到密封作用。正常狀態下，水封不泄漏或者允許少量滴漏。本次泵的泄漏很大，呈帶壓力噴射狀，所以水封失效的可能性很大，而非水封表面或動靜環之間存在異物或劃痕。

2故障原因分析

正常狀態下，動、靜環接觸后，靜環的厚度應為20.5+0.5mm，而自然狀態下靜環的厚度值為23.8mm，也就是說靜環須被壓縮2.8～3.3mm，才能有效起到密封作用。深槽滾珠軸承左邊內圈與軸上凸肩靠緊（現場拆檢檢查結果與圖紙相符），右邊內圈靠緊左邊內圈（而現場拆檢結果為相距6～7mm），這樣，當軸在葉輪壓差力和驅動齒輪向心力的作用下向右竄動時，在左邊內圈和軸凸肩的作用下實現軸向定位，此時靜環的狀態與剖視圖一改，即被壓縮2.8～3.3mm，實現有效密封;當軸向左竄動時，軸承右邊內圈及縮緊螺母被軸承外圈限位，但由于左右內圈存在6～7mm間隙，故實際上整個軸已偏離了設計位置，向左竄動了6～7mm，此時靜環不但沒被壓縮，反而與動環之間存在約3～4mm的間隙，因此發生帶壓泄漏。

另外，由于軸竄，驅動端的圓柱滾柱軸承內圈與外圈發生相對位移，內圈L形凸起被滾柱啃掉，保持架被啃去一半;由于軸竄擠壓超過了油封內圈彈簧的拉伸極限，故內圈彈簧斷裂;本不應接觸的軸凸肩與水封座發生接觸并磨損。

那么軸承內圈與水泵軸如何會發生6～7mm的位移。如果是螺母松脫，那么軸竄將是一個漸進的過程，與之對應的泄漏也應該是逐漸增大的過程，但該泵是突然泄漏。如果是安裝過程中在深槽滾珠軸承右內圈推進不到位，與左內圈存在較大間隙的情況下緊固螺母，那么在水泵安裝后的初期，由于機封依然處于壓縮狀態，水泵并不會出現泄漏;而當水泵長期運行后，軸在葉輪壓差力和驅動齒輪向心力的作用下，發生較大軸竄時，機封失效，呈現帶壓泄漏狀。

綜上所述，可以確定水泵發生泄漏的直接原因是軸竄造成水封失效;而根本原因是安裝過程中深槽滾珠軸承內圈推進不到位即進行鎖緊螺母緊固。

3改進措施

水泵損壞導致前端箱整個齒輪系磨損，整個滑油系統通流元件產生污染甚至失效，這是一個小概率事件引起的系統故障，須引起高度重視。低溫水泵的密封是由位于密封支架上的靜環和位于葉輪上的動環兩者共同實現的。水泵運行狀態下，兩者相對運動，接觸面形成一層薄薄的液面，避免了兩者干摩擦，同時對流到葉輪背面的水起到密封作用。正常狀態下，水封不泄漏或者允許少量滴漏。本次泵的泄漏很大，呈帶壓力噴射狀，所以水封失效的可能性很大，而非水封表面或動靜環之間存在異物或劃痕。為此專門制定水泵安裝作業指導書，并對水泵軸承安裝、葉輪安裝等關鍵點增加互檢、專檢，以避免水泵安裝中出現的人因失誤。

4 結論

某型大功率柴油機在調試試驗中突發機帶低溫冷卻水泵漏水故障，并對柴油機相關部件造成一系列影響。針對此故障進行排查分析，結果表明：水泵泄漏的直接原因是軸竄導致水封失效;而根本原因是安裝過程中深槽滾珠軸承內圈推進不到位即進行鎖緊螺母緊固。對此給出了針對性的改進措施。

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（作者單位：中石化西南石油工程有限公司臨盤鉆井分公司）