豎井貫流泵導軸承系統的結構改進措施及成效分析

吳建偉，沈春林，朱楊建，沈雪梅，唐 演，張 磊

（1.南通市通呂運河水利工程管理所，江蘇 南通 226000；2.南通市九圩港水利工程管理所，江蘇 南通 226000）

豎井貫流泵為臥式泵的一種，機組由水泵、電機、齒輪箱及附屬輔助設備組成。機組在運行過程中，導軸承出現的泄漏、潤滑油液的乳化現象是困擾運管人員的一個突出問題。導軸承密封完好、潤滑良好是保障機組安全、穩定運行的重要因素。九圩港泵站、通呂泵站分別配備5 臺套、3 臺套豎井貫流泵，導軸承結構基本一致，本文以九圩港泵站、通呂泵站導軸承油液乳化和潤滑油泄漏為例進行探究，對通呂泵站導軸承系統針對性地實施技術改造，為泵站安全、穩定運行提供了可靠保障。

1 概述

1.1 工程概況

九圩港提水泵站是南通市第一座大型泵站，也是南通市規模最大的泵站。該泵站位于九圩港閘西側，南距入江口約1.3km，為引江提水單向泵站。泵站設計流量為150m3/s，安裝豎井貫流泵5 臺套，型號為：3250ZGB30-1.96，單機流量為30m3/s，總流量150m3/s，配套電機功率為1250kW，總裝機容量為6250kW。工程于2015 年3 月開工，2018 年4 月主體工程完工，2018 年5 月底投入試運行，自2018年投入運行以來，總提水量74.9 億m3；通呂運河水利樞紐位于通呂運河長江口門處，距長江口約2.2km，其采用閘站結合方案，包括一座大型引水泵站和一座大型水閘。樞紐工程防洪設計標準為100 年一遇，校核標準為300 年一遇，區域除澇標準20 年一遇。工程等別為Ⅱ等，規模為大（2）型，于2018 年10月29 日動工建設，2019 年5 月30 日通過水下工程驗收，2019 年7 月開閘放水，2020 年6 月通過完工驗收。泵站布置型式為堤身式塊基型，采用豎井雙側進水，平直管出水流道，快速閘門斷流。進水側設擋洪門(檢修門)一道，采用自動控制的卷揚啟閉機啟閉。出水流道末端設快速工作閘門(帶小拍門)、事故閘門(兼檢修門)各一道，自動控制液壓啟閉機啟閉。泵站采用3 臺套豎井貫流泵機組，型號為：3300ZGB33.3-1.98，單機流量33.3m3/s，總流量100m3/s，配套1600kW 臥式異步交流電動機，總裝機容量4800kW。自2020 年投入運行以來，總提水量45.5 億m3。

1.2 豎井貫流泵導軸承概況

1.2.1 導軸承的作用

導軸承是豎井貫流泵的重要組件，起著承受水泵轉子重量及水泵運行時產生的徑向力，穩定葉輪轉動的作用[1]，水泵轉子采用端支梁支撐方式，導軸承及其支座具有足夠強度和剛度以承受最大徑向載荷以避免異常振動。導軸承采用球面微動支座，以增加其自動調心功能，使軸瓦受力均衡，泵軸軸頸運行線速度符合形成油膜的最小線速度。

1.2.2 導軸承的原設計結構

導軸承由軸承體（對分件）、軸瓦（對分件）、密封組件（防沙圈、骨架密封圈、O 形圈）、端蓋、儲油腔、管接頭、油管、油溫傳感器、瓦溫傳感器等部件組成。導軸承的軸瓦與軸承座為分體式結構，安裝在導葉體輪轂內，導軸承殼采用ZG270-500 材料，導軸承瓦采用巴氏合金材料制作，巴氏合金瓦具有耐磨性能好、性能穩定、使用壽命長等特點。導軸承用L-HM46 抗磨液壓油潤滑，軸瓦內設有油槽，保證潤滑油進入軸承與軸間的接觸配合面并形成有效的油膜[2]，潤滑油采用高位油箱外部供油，并可定期更換潤滑油。軸承設出油孔，出油孔設閘閥進行控制，以便檢測水導軸承的注油情況及間接觀察水導軸承磨損情況。其浸沒在水下，穿軸端必須采用可靠的動密封裝置，為此，采用三道骨架密封圈（NOK 品牌）加一道防沙圈密封以防止水進入軸承內而產生燒瓦現象，防止油漏出而污染水源。導軸承和油腔處各設一個溫度傳感器，以檢測軸瓦和潤滑油的運行溫度，運行時導軸承軸瓦溫度≤75℃，潤滑油溫度≤65℃，測溫元件采用Pt100 型，三線制接線。

2 運行中導軸承存在的問題

油潤滑導軸承承載力高，可靠性高，適用于長年連續運行的泵站[3]。但油導軸承結構較復雜，密封裝置易出現故障，主要表現為密封失效，造成導軸承浸水受損，從而出現油水混合現象，油導軸承極易浸水，據江蘇省江都抽水站不完全統計：站內所有大型泵站油軸承都浸過水，單站平均每年發生4.8次以上，10 年內單泵最多發生18 次之多[4]。

2.1 儲油腔油液乳化

九圩港提水泵站在2018 年6 月投入運行后兩個月，更換2#水泵導軸承潤滑油時，發現所放出來的舊潤滑油呈泥沙色似水態液體，已經起不了潤滑作用，其余四臺機組均有不同程度的類似現象，后經多次維保觀察試驗，均出現了乳化現象，表明水進入了儲油腔導致油液乳化的問題。

2.2 儲油腔油液泄漏及油路不暢

通呂運河水利樞紐工程的設計、生產單位與九圩港泵站相同，在運行過程中發現1#、3#高位油箱經常需要補油，據統計，每個班組補油竟達到10～15L 左右，反映出導軸承儲油腔存在油品泄漏現象。運行人員測量1#～3#機組儲油腔油壓，油壓均在0.04～0.06MPa 左右，低于設計壓力0.1MPa，反映出進油管路進油不暢、腔內潤滑油得不到補充問題。

2.3 部分部件磨損嚴重

九圩港泵站和通呂泵站導軸承也存在一些共性問題，在兩座大型泵站大修過程中發現導軸承的短軸、密封圈、導軸承瓦均存在不同程度的磨損，短軸甚至出現幾道較深的凹槽，密封圈磨損的幾乎不具備密封功能，導軸承瓦出現或多或少的刮痕，這些現象從側面反映出導軸承的潤滑不暢等問題。

3 產生后果

導軸承密封出現問題，影響了泵站社會效益的充分發揮和泵站的穩定運行。一是導軸承儲油腔潤滑油發生泄漏，需人工補油以滿足機組正常運行，浪費人力，從環保角度來講，潤滑油從油腔中泄漏出，會對內河水質產生污染，不符合環保要求。二是如果水進入導軸承，會導致導軸承油品乳化現象，降低潤滑效果，加速短軸、密封圈的磨損，嚴重時可能會產生燒瓦現象。三是若油腔內潤滑油泄漏或軸承油品乳化現象嚴重，需長時間停機維修，影響了泵站社會效益的發揮。

4 改進措施

針對導軸承油液泄漏、乳化等問題，通呂所聯系九圩港所、設計及制造等單位共同會商，以不改變主要結構和尺寸，在原有的設計基礎上改進優化為改造理念，制定了改進方案，具體通過增設排泄通道、調整油封安裝方向、加裝防轉銷等方式進行。針對油路不暢問題，管理所組織人員分臺次對3 臺機組進行了供油管路及通氣孔改造，以提高導軸承運行可靠性。

4.1 增設排泄通道

針對導軸承儲油腔進水導致油乳化問題，在集油腔水封與油封之間增設一道排泄通道（見圖1），同時將此項檢查列入巡檢點位。運行人員通過對集油腔排油的觀察，可在第一時間判定水是否進入密封組件油腔，避免導軸承儲油腔內進水產生油乳化現象。

圖1 導軸承改進前后對比圖

4.2 調整油封安裝方向

針對導軸承儲油腔油品泄漏問題，通過改變油封方向解決。將第二道（中間）骨架油封方向改為向內（見圖1），由原先的一道防油密封圈改為兩道防油封圈，確保儲油腔內油品不泄漏，避免儲油腔內潤滑油泄漏導致環境污染。

4.3 調整進油管尺寸及透氣孔位置

針對導軸承油腔內油壓低、進油不暢問題，通過調整進油管尺寸及透氣孔位置、增設壓力表的方式解決。具體為：（1）將通氣管從導葉體側面導出改為從泵殼頂端導出，將排氣管末端移位至比高位油箱略高的位置（見圖2）。（2）增大儲油腔進油管尺寸，由Ф12×1（外徑×壁厚，單位mm）改進為Ф20×1.5，使導軸承進油順暢，消除油壓不足的現象。（3）在靠近導軸承處安裝壓力表（見圖2），現場安裝完畢后做油壓試驗（壓力保持在0.1MPa 左右）檢查導軸承密封性能、油路是否暢通。（4）將此項檢查列入運行巡檢點位，在巡檢時，巡檢人員密切關注儲油腔油壓是否正常。

圖2 油路改進前后對比圖

4.4 加裝防轉軸銷

針對密封圈、導軸承瓦均存在不同程度磨損的問題，通過加裝防轉銷（見圖1）的方式解決。將水泵導軸承上、下瓦緊固成整體，由浮動式改進為固定式以降低軸瓦磨損。重新安裝過程中，修刮軸瓦，以導軸承、推力軸承油封座止口為基準校核軸系同心度，油封軸頸處同心度誤差不超過0.1mm。

4.5 其他問題

針對短軸、密封圈、軸瓦磨損等問題，通過定期檢查或更換潤滑油，大、中修時更換零部件的方式解決。對于九圩港泵站和通呂泵站這種長期連續運行的機組，第一次為工作1000h，以后每工作4000h，更換一次。每個大修期間對軸承進行一次全面檢查，檢查軸與軸瓦的工作表面、軸承間隙等，對不能滿足使用要求的零部件進行及時修復或更換。通過上述改進措施，導軸承系統在運行時密封良好、供油順暢、潤滑良好，磨損問題得到有效緩解。下一步將與廠家溝通，探討是否可以通過改進短軸材質來解決短軸磨損問題。

5 效果檢驗

通呂泵站自導軸承系統改進后，3 臺機組運行均超3000 臺時，運行人員通過對增設的排泄通道排油，未發現有水滲入，高位油箱油量保持正常狀態，運行時導軸承溫度正常，軸瓦溫度≤75℃，潤滑油溫度≤65℃，油腔內壓力正常，保持在0.1MPa 左右，說明密封組件完好、潤滑良好，達到了理想的密封、潤滑效果，此改造方案可行且有效。導軸承密封件的使用壽命得到了延長，提高了機組運行安全性、穩定性，增強了泵站社會效益的發揮。

6 結語

導軸承一直浸沒在水下，不能直觀地看到其運行狀態，故除了從技術層面改進外，還需提升管理水平。運管人員要不斷提升業務水平、責任意識，在機組運行中，既要借助振擺監測系統、溫度監測系統等輔助設備實時判斷導軸承的狀態，更要保質保量地巡檢到每一個點位，將隱患發現在萌芽狀態，確保設備運行安全、穩定。

下一步，將不斷積累運行管理經驗，借鑒別的泵站先進做法，沿著將油潤滑導軸承改造為水潤滑導軸承[5]的思路繼續探究。本次通過更改骨架油封方向、增設排泄通道、改進供油管路等措施，簡單便捷地解決了泵站運行過程中出現的導軸承油腔油泄漏、油品乳化的問題，根據運行情況說明，改造方案可行有效，此次改造對其他沿江潮汐泵站具有一定借鑒和參考價值