尼龍直線軸承在高壓灌漿泵中的應(yīng)用分析

李紅福 趙偉

摘 要 近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)基建規(guī)模不斷擴(kuò)大，高噴防滲墻得到了廣泛的應(yīng)用。高壓灌漿泵是高噴防滲墻的關(guān)鍵設(shè)備，通過(guò)高壓輸送水或水泥漿液等介質(zhì)到地層中，高壓射流對(duì)地層逐層進(jìn)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(guó)產(chǎn)XPB-90E高壓泵使用中，液力端密封組件、柱塞等極易因高溫導(dǎo)致?lián)p壞，通過(guò)對(duì)高噴泵液力端結(jié)構(gòu)組件創(chuàng)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(zhǎng)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(shè)備的完好率和使用率，確保了工程施工質(zhì)量。對(duì)XPB-90E高壓泵的液力端密封組件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞 尼龍直線軸承;高壓灌漿泵;應(yīng)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(nèi)的大渡河干流上，為四川省大渡河干流最新規(guī)劃28級(jí)方案的第14級(jí)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(fā)，水庫(kù)正常蓄水位1246m，相應(yīng)庫(kù)容2075.4萬(wàn)m?。電站總裝機(jī)容量111.6萬(wàn)kW。電站工程規(guī)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(tǒng)+地下廠房的樞紐總布置方案。通過(guò)2條長(zhǎng)約14.4km引水隧洞在下游花石包地下廠房安裝4臺(tái)27萬(wàn)kW機(jī)組發(fā)電[1]。

2高噴泵液力端原廠密封組件的結(jié)構(gòu)原理

高噴泵的液力端主要由柱塞、壓緊螺母、導(dǎo)油套、柱塞密封組件、吸排液閥組件、泵頭等部件構(gòu)成。其中柱塞密封組件由銅支撐壓環(huán)、4道夾布V型密封、銅密封托環(huán)、銅墊環(huán)及1道UN型密封組成;銅支撐壓環(huán)、4道夾布V型密封、銅密封托環(huán)構(gòu)成盤根料，安裝于長(zhǎng)盤根套后部，銅墊環(huán)及1道UN型密封作為漿液主要密封件安裝于長(zhǎng)盤根套前部泵頭側(cè)。盤根料作為靜密封，起到密封液體泄漏、支撐柱塞、軸承效應(yīng)，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(shí)，潤(rùn)滑油泵將冷卻油通過(guò)長(zhǎng)盤根套的注油孔注入安裝在盤根套中的導(dǎo)油套內(nèi)，通過(guò)油道到達(dá)柱塞表面進(jìn)行冷卻、潤(rùn)滑、清洗等作用，由于盤根的阻塞，導(dǎo)致柱塞在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，直接冷卻的面積只有柱塞的后部接近一半的長(zhǎng)度，且在柱塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dǎo)油套所在位置，僅有柱塞總長(zhǎng)度的1/5長(zhǎng)度，在柱塞前部銅墊環(huán)及UN型密封處基本處于干磨狀態(tài)，僅僅依靠漿液的冷卻，但漿液的冷卻作用有限，且漿液經(jīng)過(guò)泵壓后溫度上升，導(dǎo)致柱塞前部在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終處于升溫狀態(tài)，跟柱塞配合的UN密封及充當(dāng)盤根的夾布V型密封也不斷升溫，最終超過(guò)密封本身承受溫度極限導(dǎo)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(rùn)滑油等故障[2]。

3尼龍直線軸承的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)原理及使用對(duì)比情況

由于高噴泵液力端所產(chǎn)生故障的根本原因?yàn)楦邷貙?dǎo)致，進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)充當(dāng)盤根的夾布V型密封是產(chǎn)生高溫的主要因素，由于柱塞在盤根的包裹下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大量冷卻油被盤根阻擋，不能進(jìn)入柱塞前部運(yùn)動(dòng)區(qū)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(shí)的問(wèn)題，公司對(duì)該密封組件提出改進(jìn)結(jié)構(gòu)的方案，將柱塞后部安裝的充當(dāng)盤根的銅支撐壓環(huán)、4道夾布V型密封、銅密封托環(huán)等密封件更換為尼龍66材質(zhì)的尼龍直線軸承，既能對(duì)柱塞起到支撐作用，又能在柱塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中充分潤(rùn)滑、冷卻柱塞表面，使溫度始終保持在30～40℃范圍內(nèi)，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(nèi)圓均布3mm×2mm的軸向油槽，貫通整個(gè)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)因自重產(chǎn)生向下位移，尼龍直線軸承在滿足冷卻的條件下，還應(yīng)對(duì)柱塞起到支撐作用，軸承內(nèi)徑加工尺寸比柱塞外徑加大0.2mm后，在軸承內(nèi)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(shí)，油液壓力對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(duì)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(tài)。

高噴泵工作時(shí)，潤(rùn)滑油泵將冷卻油通過(guò)長(zhǎng)盤根套的注油孔注入安裝在盤根套中的導(dǎo)油套內(nèi)，在油泵壓力的作用下，冷卻油通過(guò)導(dǎo)油套的油道進(jìn)入尼龍直線軸承內(nèi)圓的軸向及徑向油槽，直達(dá)柱塞前部UN密封安裝位置，冷卻油影響區(qū)域包含UN密封工作唇邊處，使之得到充分的潤(rùn)滑及冷卻，極大改善UN密封的工作環(huán)境，使用壽命得到提高[3]。

4使用實(shí)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(jié)構(gòu)，施工時(shí)間段為2019年12月-2020年6月，在縱向圍堰下游側(cè)12～13單元的高噴防滲墻施工中，對(duì)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(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在相同工況下（高噴泵壓力、轉(zhuǎn)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(guò)大導(dǎo)致報(bào)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(tài)完好。具體成本分析詳見表1。

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分別安裝2種結(jié)構(gòu)高噴泵的施工試驗(yàn)，證明安裝尼龍直線軸承的高噴泵使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于使用銅支撐壓環(huán)、4道夾布V型密封、銅密封托環(huán)構(gòu)成盤根料的高噴泵。使用尼龍直線軸承的潤(rùn)滑、冷卻區(qū)域從柱塞后部直達(dá)柱塞前部，有效改善了柱塞及UN密封的工作環(huán)境，充分潤(rùn)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(yè)效益。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 彭曼如.尼龍?zhí)自诠こ虣C(jī)械上的應(yīng)用[J].工程機(jī)械，1980（4）：52-53.

[3] 張征，高健.MC尼龍?jiān)陂T機(jī)滑輪軸套上的替代應(yīng)用[J].港口裝卸，2003（4）：41.