摘　要：分析了護(hù)管式清水潤滑導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)原理，并與傳統(tǒng)水潤滑軸承進(jìn)行了比較，介紹了護(hù)管式清水潤滑導(dǎo)軸承在大型立式水泵中替代油軸承的應(yīng)用情況，并指出水潤滑軸承用于大型立式水泵時應(yīng)注意的問題。

　　關(guān)鍵詞：大型立式水泵，水潤滑導(dǎo)軸承，應(yīng)用

　　Application and Study on Water Lubricating Pilot Bearings in Large Vertical Water Pumps

　　Qiu Baoyun et al

　　Abstract：Oil lubricating pilot bearings are poor in reliability and a new type of clear water lubricating pilot bearings with shaft enclosing tubes found successful application in large vertical water pumps.Compared with old type of bearings,strucatural principles of the new ones ware briefly analysized.Put forward were the points which should be paid attention to in uses of the barings.

　　Keywords：large vertical water pumps，water lubricating pilot bearings，application

　　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Z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)差時運(yùn)行壽命只有數(shù)百小時。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，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進(jìn)入軸承，使軸承有很好的潤滑條件。這與文獻(xiàn)^［1］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^［2］，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Z高水位而致軸承浸水受損。每臺水泵都發(fā)生過此類故障，平均每臺發(fā)生4次左右，Z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)時已運(yùn)行15年，運(yùn)行時數(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，第四抽水站一臺軸承油潤滑改成水潤滑的水泵，在短短的一年多時間內(nèi)，軸承發(fā)生3次故障而大修，Z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)。該軸承同時也適用于新設(shè)計(jì)制造的大型立式水泵。但由于轉(zhuǎn)動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)動部件機(jī)械不平衡力和水泵水力不平衡力構(gòu)成^［3］。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)動部件偏心質(zhì)量；設(shè)置泵軸護(hù)管，同時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，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)用價值。

　　作者簡介：仇寶云，男，工學(xué)碩士，副教授，流體機(jī)械及工程專業(yè)碩士生導(dǎo)師，主要從事水泵機(jī)組結(jié)構(gòu)、安裝、流動特性等方面的研究和教學(xué)工作，發(fā)表論文50多篇，獲江蘇省優(yōu)秀水利科技論文一等獎、水利科技進(jìn)步二等獎等多項(xiàng)獎勵。

　　通訊地址：225009江蘇揚(yáng)州市揚(yáng)州大學(xué)水利學(xué)院水利系。

　　仇寶云(揚(yáng)州大學(xué))

　　黃海田(江蘇省江都水利工程管理處)

　　魏強(qiáng)林(江蘇省江都水利工程管理處)

　　湯正軍(江蘇省江都水利工程管理處)

　　參考文獻(xiàn)

　　1，吳炳洪.立軸導(dǎo)葉式泵抽送泥沙水的防護(hù)措施.排灌機(jī)械，1985；(1)：63

　　2，沈日邁主編.江都排灌站.水利電力出版社，1986：293～312

　　3，關(guān)醒凡，姚兆生編譯.泵零件強(qiáng)度計(jì)算.機(jī)械工業(yè)出版社，1981：342～343