1、問題的提出

         立式水泵機(jī)組，由于結(jié)構(gòu)、制造、安裝誤差、來流等各方面原因，運(yùn)行時(shí)主軸和葉輪受徑向力作用，水泵導(dǎo)軸承起著穩(wěn)定泵軸和葉輪的作用。導(dǎo)軸承最早采用橡膠材料，河水潤滑。隨著水泵向大型化發(fā)展，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡徑向力隨之增大，盡管后來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(yùn)行壽命只有數(shù)百小時(shí)。檢查發(fā)現(xiàn)，被磨損軸承內(nèi)壁嵌有大量沙粒，說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，后來在大型立式水泵中普遍采用油潤滑巴氏合金導(dǎo)軸承，增加其承載抗磨能力。但油軸承結(jié)構(gòu)復(fù)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。考慮到清水潤滑導(dǎo)軸承，只要保證河水中泥沙不進(jìn)入，其運(yùn)行壽命就有可能大大延長。分析其問題所在，對其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)比較

2.1、橡皮板密封清水潤滑導(dǎo)軸承

         傳統(tǒng)的橡皮板密封清水潤滑導(dǎo)軸承考慮到河水潤滑泥沙磨損比較嚴(yán)重，在軸承頂部設(shè)清水箱，供以壓力清水潤滑(如圖1)。這種結(jié)構(gòu)在多泥沙泵站效果仍不理想，泵體內(nèi)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(dǎo)葉槽流出后，過流斷面突然擴(kuò)大，在清水箱頂部形成回流區(qū)，水流速度減緩，水中泥沙受重力作用沉積下來，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(dǎo)軸承

2.2、護(hù)管式清水潤滑軸承

         護(hù)管式清水潤滑軸承，保留原油軸承水泵導(dǎo)葉體后導(dǎo)水錐及泵軸護(hù)管，在泵體外護(hù)管上端與泵軸之間增設(shè)動(dòng)水密封裝置，通過葉片內(nèi)預(yù)埋管或護(hù)管上部向?qū)лS承供以清水，壓力大于泵內(nèi)水體，清水沿軸承內(nèi)壁水槽向下流動(dòng)，形成潤滑(圖2)。這種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的橡皮板密封清水潤滑結(jié)構(gòu)相比，軸承上部完全與泵內(nèi)水體隔絕開，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(dǎo)葉式泵抽送泥沙水的防護(hù)措施恰好一致。

圖2　護(hù)管式清水潤滑導(dǎo)軸承

3、油軸承改為水軸承的應(yīng)用實(shí)例

3.1、應(yīng)用背景

          江蘇省江都第三抽水站裝機(jī)ZL13.5—8大型立式水泵配套1600kW立式可逆變極電機(jī)10臺(tái)套，水泵葉輪直徑D=2.0m，設(shè)計(jì)揚(yáng)程8m，設(shè)計(jì)流量13.5m3s。水泵采用雙畢托管式油潤滑合金軸承，軸承設(shè)于導(dǎo)葉體輪轂內(nèi)，輪轂下部采用梳齒迷宮環(huán)密封裝置，輪轂上部與對開型后導(dǎo)水錐及固定的護(hù)管連接，護(hù)管設(shè)于泵軸外側(cè)并穿出泵蓋，護(hù)管外壁與泵蓋間設(shè)靜水封，護(hù)管內(nèi)側(cè)與泵軸之間與大氣相通，阻止泵內(nèi)水體進(jìn)入導(dǎo)葉體輪轂腔損壞油軸承。

        這種軸承應(yīng)用過程中經(jīng)常發(fā)生故障，主要表現(xiàn)為：

       (1)自循環(huán)輸油畢托管常折斷，軸承體底部轉(zhuǎn)動(dòng)油盆的潤滑油無法到達(dá)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(dǎo)葉體輪轂內(nèi)泄漏水水位上升，超過允許最高水位而致軸承浸水受損。每臺(tái)水泵都發(fā)生過此類故障，平均每臺(tái)發(fā)生4次左右，最多的超過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(jī)組全部拆開，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(jī)組仍在運(yùn)行)，搶修機(jī)組的質(zhì)量很難得到保證，往往連續(xù)發(fā)生故障，嚴(yán)重影響機(jī)組的可靠性和設(shè)備完好率，增加檢修費(fèi)用和工人勞動(dòng)強(qiáng)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(dāng)時(shí)已運(yùn)行15年，運(yùn)行時(shí)數(shù)達(dá)50000h，超過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(tái)檢修2～3次)，解體后檢查測量軸承磨損僅1mm，機(jī)組運(yùn)行可靠性和水泵軸承壽命都大大提高，節(jié)省了維修費(fèi)用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

       相反，第四抽水站一臺(tái)軸承油潤滑改成水潤滑的水泵，在短短的一年多時(shí)間內(nèi)，軸承發(fā)生3次故障而大修，最嚴(yán)重的是1991年大水緊張排澇期間，軸承磨損至軸承體，軸承體反過來又將泵軸頸拉出1～2mm深的凹痕，并發(fā)生葉片碰殼。之所以出現(xiàn)這種情況，主要是去除了泵軸護(hù)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(yīng)該注意的主要問題

         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(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。該軸承同時(shí)也適用于新設(shè)計(jì)制造的大型立式水泵。但由于轉(zhuǎn)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(yīng)注意以下問題。

4.1、采用護(hù)管式清水潤滑結(jié)構(gòu)

        實(shí)踐證明，護(hù)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(jié)構(gòu)，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(hù)管與泵軸之間設(shè)動(dòng)水封，該處泵軸擺度及護(hù)管內(nèi)側(cè)與泵軸的同軸度應(yīng)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)境問題，甚至冒出的水柱危及上面的電機(jī)。

4.2、合理設(shè)計(jì)軸承

          要合理設(shè)計(jì)軸承，首先要確定合理的軸承設(shè)計(jì)載荷。水泵導(dǎo)軸承實(shí)際載荷由配套電機(jī)電磁不平衡力、機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件機(jī)械不平衡力和水泵水力不平衡力構(gòu)成。筆者通過對軸承載荷影響因素的全面分析，提出了設(shè)計(jì)載荷的確定方法。設(shè)計(jì)載荷確定后，選用承載及耐磨能力強(qiáng)的非金屬軸承材料，軸承結(jié)構(gòu)特別是潤滑水槽尺寸，要滿足材料承壓面積和軸承潤滑能力兩方面要求。

4.3、減小導(dǎo)軸承載荷

        泵機(jī)組部件制造安裝質(zhì)量誤差及有關(guān)結(jié)構(gòu)是造成水泵導(dǎo)軸承載荷的根本原因。減小軸承載荷的途徑有：提高電機(jī)空氣間隙對稱均勻程度：減小轉(zhuǎn)動(dòng)部件偏心質(zhì)量；設(shè)置泵軸護(hù)管，同時(shí)可以消除泵軸繞流阻力；測量調(diào)整葉片角度一致，減小角度誤差；設(shè)計(jì)高質(zhì)量的進(jìn)水流道，減小葉輪來流非軸對稱。特別是機(jī)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，延長軸承使用壽命。

5、結(jié)論

         與軸承相比，大型立式水泵采用護(hù)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(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，而且可靠性好，工作壽命長。只要設(shè)計(jì)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(hù)管與泵軸之間的水封性能，護(hù)管式清水潤滑軸承在低揚(yáng)程大型立式水泵中有推廣應(yīng)用價(jià)值。