泵軸承室漏油改造優(yōu)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(yōu)化措施——通過(guò)對(duì)核電用泵軸承室漏油現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定漏油產(chǎn)生的原因，為核電站漏油泵設(shè)備的改造明確方向，總結(jié)并提出一些泵軸承室漏油改造優(yōu)化方案及設(shè)計(jì)過(guò)程中如何避免出現(xiàn)漏油的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

近年來(lái)，隨著我國(guó)核電站建設(shè)步伐的加快，越來(lái)越多的核電機(jī)組進(jìn)入到了發(fā)電商運(yùn)階段，安全是核電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的前提，泵設(shè)備作為核電站重要組成部分，與核電站的安全運(yùn)行息息相關(guān)。

泵作為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械必須有軸承支承，而軸承在使用中必須有相應(yīng)的潤(rùn)滑系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)中常見(jiàn)的潤(rùn)滑劑有潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂和固態(tài)潤(rùn)滑劑3大類,其中泵軸承最常用的潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑油。潤(rùn)滑油為液態(tài)，若軸承箱體潤(rùn)滑油油位、結(jié)構(gòu)以及密封形式等設(shè)計(jì)不合理或使用不當(dāng),將會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑油泄漏的現(xiàn)象，對(duì)泵設(shè)備的安全運(yùn)行存在隱患。

情況介紹

泵軸承箱體漏油為泵設(shè)備最為常見(jiàn)的故障之一，個(gè)別泵組在出廠試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試期間由于設(shè)備間斷運(yùn)行或連續(xù)運(yùn)行時(shí)間較短，未發(fā)現(xiàn)漏油情況，而在設(shè)備正式投入運(yùn)轉(zhuǎn)半個(gè)月以上后在軸承壓蓋外邊緣下端或軸承箱體外表面出現(xiàn)潤(rùn)滑油，如圖1所示。

圖1 潤(rùn)滑油泄漏

原因分析

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

圖2 浸油潤(rùn)滑

圖3 甩油環(huán)潤(rùn)滑

漏油的原因有很多種，常見(jiàn)的有油位過(guò)高、油封失效以及軸承油室內(nèi)外存在壓力差等，詳細(xì)分析如下。

油位過(guò)高

油位過(guò)高導(dǎo)致漏油一般發(fā)生在浸油潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)中，對(duì)于浸油潤(rùn)滑，其潤(rùn)滑原理是通過(guò)軸承中的滾珠把油帶到軸承的其他部位，然后潤(rùn)滑油再流回到軸承室中；設(shè)計(jì)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(xiàn)油位過(guò)高，油位距離油封較近，從而導(dǎo)致漏油，這類問(wèn)題在軸承規(guī)格較小的泵組漏油中比較常見(jiàn)。

油封失效

常見(jiàn)的油封結(jié)構(gòu)有防塵盤、骨架油封、機(jī)械油封等；

防塵盤是利用許多節(jié)流間隙與膨脹空腔組成的通道，多次節(jié)流減壓達(dá)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(xiàn)漏油，防塵盤結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 防塵盤結(jié)構(gòu)

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

機(jī)械油封是一種采用動(dòng)靜環(huán)配合O型圈機(jī)械式動(dòng)密封，浮動(dòng)O型圈在泵停機(jī)時(shí)也具有密封效果，加工精度高、油封效果好，但安裝過(guò)程中O型圈劃傷損壞或軸承室內(nèi)壓力較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)漏油的情況，機(jī)械油封結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 機(jī)械油封

油室存在壓力差

泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，軸承產(chǎn)生的熱量傳遞給潤(rùn)滑油使?jié)櫥蜏囟壬撸瑵?rùn)滑油溫度升高后體積變大，黏度降低，并且部分潤(rùn)滑油由液態(tài)變成氣態(tài)，因此在軸承壓蓋與滾動(dòng)軸承之間腔體處出現(xiàn)油氣混合現(xiàn)象；軸承室溫度升高使軸承室內(nèi)部壓力略微大于大氣壓力，若該壓力差如不能及時(shí)消除，在壓力差的作用下會(huì)導(dǎo)致油氣通過(guò)油封逸出，油氣遇空氣冷凝，逐步產(chǎn)生油滴，在軸承壓蓋處聚集形成漏油。

改進(jìn)措施

降低油位

設(shè)計(jì)時(shí)在保證軸承安全使用壽命的前提下盡量降低潤(rùn)滑油油位，泵設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)安裝后因潤(rùn)滑油油位過(guò)高導(dǎo)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(duì)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(dǎo)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(shí)，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(jié)構(gòu)的原因，只能進(jìn)行微調(diào)，降低的油位較有限。

優(yōu)化油封結(jié)構(gòu)

① 改進(jìn)優(yōu)化防塵盤結(jié)構(gòu)方案有兩種。方案一：將油室內(nèi)防塵盤靜環(huán)端面前伸，使防塵盤靜環(huán)比動(dòng)環(huán)長(zhǎng)，被甩油環(huán)帶起飛濺的潤(rùn)滑油不易落在防塵盤動(dòng)環(huán)上，避免防塵盤動(dòng)環(huán)上存油泄漏，如圖6所示；方案二：在保證運(yùn)轉(zhuǎn)安全的前提下，盡量減小防塵盤動(dòng)環(huán)與靜環(huán)間徑向間隙（如圖6中的E值）E，提高防塵盤節(jié)流減壓的效果。② 更換油封結(jié)構(gòu)，將防塵盤、骨架油封結(jié)構(gòu)升級(jí)改造為機(jī)械油封。

圖6 優(yōu)化防塵盤

消除油室壓力差

當(dāng)軸承壓蓋與滾動(dòng)軸承間的腔體處與大氣壓存在壓差時(shí)會(huì)出現(xiàn)漏油，而軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑油在軸承間隙處形成液膜，軸承壓蓋與滾動(dòng)軸承間的腔體處的壓力不能通過(guò)軸承室放氣塞釋放，因此為消除該腔體處的壓差，改造優(yōu)化方案如下：

① 軸承壓蓋與軸承之間的腔體與軸承室內(nèi)部設(shè)置平衡孔，通過(guò)軸承室的放氣塞與大氣連通，消除軸承壓蓋與滾動(dòng)軸承腔體處壓差，防止?jié)櫥托孤鐖D7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(dòng)力密封

根據(jù)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(zhì)進(jìn)入軸封的功能，在軸承室內(nèi)部泵軸上采用熱裝或螺釘緊固的方式安裝擋油盤，調(diào)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(jié)構(gòu)

泵軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)擋油盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中擋油盤通過(guò)對(duì)空氣摩擦做功，使擋油盤附近空氣產(chǎn)生一個(gè)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(huì)向軸承箱體內(nèi)部微弱的流動(dòng)，以此來(lái)阻擋軸承箱體內(nèi)油霧向軸承箱體外逸出，達(dá)到消除漏油問(wèn)題的目的。

結(jié)論

上述改進(jìn)措施均可用于解決核電用泵的軸承室漏油情況，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)軸承部件結(jié)構(gòu)、尺寸及現(xiàn)場(chǎng)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(dá)到最佳。

本文主要針對(duì)核電現(xiàn)場(chǎng)已運(yùn)行泵組的漏油問(wèn)題提出改造優(yōu)化方案，在泵軸承油封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除參考上述方案外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

① 兼顧成本的同時(shí)合理選擇適用的油封結(jié)構(gòu)。② 保證軸承使用安全的前提下盡量降低軸承室潤(rùn)滑油油位。③ 若選擇防塵盤迷宮油封時(shí)，保證轉(zhuǎn)動(dòng)件（防塵盤或防塵盤動(dòng)環(huán)）與靜止件（軸承壓蓋或防塵盤靜環(huán)）不摩擦的情況下，盡量減小二者間隙，增強(qiáng)油封效果。④ 結(jié)構(gòu)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(shí)，不存油。 ●