淺談石港泵站水導(dǎo)軸承改進(jìn)方案

施 翔 龍 俊 王 豹

(江蘇省洪澤湖水利工程管理處，江蘇 洪澤 223100)

泵站運(yùn)行過(guò)程中，水導(dǎo)軸承潤(rùn)滑和冷卻效果不佳，易造成軸承溫度升高，危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文以石港泵站水導(dǎo)軸承運(yùn)行過(guò)程中溫度偏高為例，通過(guò)進(jìn)一步分析，闡述溫度升高原因，針對(duì)性地實(shí)施技術(shù)改造，有效降低了水導(dǎo)軸承運(yùn)行溫度，為泵站安全穩(wěn)定生產(chǎn)提供了可靠保障。

1 工程概況

石港泵站位于江蘇省金湖縣金北鎮(zhèn)，淮河入江水道左岸，始建于1973年11月，為淮河下游引江濟(jì)淮第二級(jí)梯站，安裝蝸殼式混流泵240臺(tái)套，承擔(dān)著寶應(yīng)湖地區(qū)1001km2范圍內(nèi)的抗旱和排澇任務(wù)。2013年10月，老站拆除重建，2018年12月新站通過(guò)淮委、江蘇省水利廳組織的竣工驗(yàn)收。

石港新站主要包括泵站、清污機(jī)橋、上下游引河及堤防、引江洞、退水洞等工程。泵站站身采用堤身式塊基型結(jié)構(gòu)，肘形進(jìn)水流道，虹吸式出水流道，真空破壞閥斷流。泵站設(shè)計(jì)流量90m3/s，泵站設(shè)計(jì)凈揚(yáng)程5.00m，最低凈揚(yáng)程0.44m，最高凈揚(yáng)程5.83m。泵站擬安裝4臺(tái)套葉輪直徑2.6m、轉(zhuǎn)速150r/min、單機(jī)流量22.5m3/s的立式軸流泵，配套同步電機(jī)功率1800kW，總裝機(jī)容量7200kW[1-2]。

2 運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

隨著水泵向大型化發(fā)展，轉(zhuǎn)動(dòng)部分不平衡徑向力隨之增大，要求水泵導(dǎo)軸承具有更高的承載力、耐磨性和可靠性。橡膠具有良好的對(duì)異物埋沒(méi)性，在有磨?；螂s質(zhì)存在的惡劣條件下，具有較高的耐磨性。但橡膠軸承承載力不高，干運(yùn)行性能比較差，在轉(zhuǎn)速較低、潤(rùn)滑水供給不足的情況下，容易發(fā)生磨損和燒焦的現(xiàn)象。

2018年夏季排澇運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行值班人員通過(guò)紅外溫槍檢測(cè)發(fā)現(xiàn)水泵水導(dǎo)軸承處溫度偏高(見(jiàn)表1)。

表1 石港泵站水導(dǎo)軸承溫度檢測(cè)情況

根據(jù)檢查結(jié)果，水泵水導(dǎo)軸承處溫度偏高，水導(dǎo)軸承內(nèi)的聚氨酯橡膠軟化變形，機(jī)械性能明顯減弱。雖然運(yùn)行人員及時(shí)加大潤(rùn)滑水的水量，但是降溫效果并不明顯。而長(zhǎng)時(shí)間聚氨酯橡膠高溫異常磨損后，其外圍的軸承套會(huì)直接對(duì)水泵軸承產(chǎn)生不可逆的磨損，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

3 現(xiàn)狀調(diào)查及原因分析

機(jī)組停機(jī)后，檢修人員拆開(kāi)水導(dǎo)軸承及填料檢查發(fā)現(xiàn)，聚氨酯橡膠軸承采用直通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)。而潤(rùn)滑水因重力有向下流動(dòng)的趨勢(shì)，從而不能有效保持對(duì)水導(dǎo)軸承聚氨酯橡膠進(jìn)行有效的冷卻潤(rùn)滑，導(dǎo)致聚氨酯橡膠溫度過(guò)高而出現(xiàn)異常磨損情況(見(jiàn)圖2)。

圖1 直通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2 聚氨酯橡膠異常磨損

此外，根據(jù)流體壓強(qiáng)的原理泵站流道在水泵運(yùn)行中會(huì)形成負(fù)壓，填料處的潤(rùn)滑水會(huì)進(jìn)一步被外界大氣壓壓進(jìn)流道內(nèi)(見(jiàn)圖3)，使?jié)櫥魇нM(jìn)一步加快，無(wú)法起到冷卻潤(rùn)滑的作用，加劇了聚氨酯橡膠溫度升高。

圖3 運(yùn)行中形成負(fù)壓

如果不及時(shí)處理，聚氨酯外側(cè)的軸承套將會(huì)進(jìn)一步對(duì)主水泵的軸承造成破壞性磨損。為了有效提高聚氨酯橡膠保持潤(rùn)滑水的能力，從而降低溫度，保證機(jī)組能夠有效安全運(yùn)行，降低潤(rùn)滑水消耗，有必要將原設(shè)計(jì)進(jìn)行改造[3-4]。

4 制定改造方案

在水導(dǎo)軸承下端增加一層由鉚釘固定厚度5mm的阻水圈(見(jiàn)圖4)。其作用是阻止?jié)櫥蛑亓Χ蛳铝鲃?dòng)和流道內(nèi)的負(fù)壓將潤(rùn)滑水進(jìn)一步“吸入”流道內(nèi)，有效實(shí)現(xiàn)的保持冷卻潤(rùn)滑水的目的，達(dá)到對(duì)聚氨酯橡膠的冷卻潤(rùn)滑作用。

圖4 添加阻水圈

5 方案實(shí)施

挑選石港泵站的3號(hào)機(jī)組為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，將制定的改造方案交付水泵廠家進(jìn)行定制生產(chǎn)后，運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

5.1 計(jì)算安裝間隙

聚氨酯的熱膨脹系數(shù)是180×10-6m/(m.℃)，參考規(guī)范中立式軸流泵允許的擺度值要求，確定軸流泵擺度值(見(jiàn)表2)。

表2 軸流泵允許的擺度值

在任何情況下，水泵導(dǎo)軸承處主軸的絕對(duì)擺度δ不應(yīng)超過(guò)以下值：轉(zhuǎn)速在250r/min以下的機(jī)組為0.30mm；轉(zhuǎn)速在250～600r/min的機(jī)組為0.25mm；轉(zhuǎn)速在600r/min以上的機(jī)組為0.2mm。

石港泵站采用的是同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的立式軸流泵，轉(zhuǎn)速為n=150r/min，軸長(zhǎng)L=7m。查表2算出軸承相對(duì)擺度為ΔδL=7m×0.05mm/m=0.35mm。

n<250r/min，絕對(duì)擺度δ≤0.30mm，取擺度值為0.30mm?？紤]到軸承的擺度最大值要在水導(dǎo)軸承的間隙范圍內(nèi)，綜合考慮水導(dǎo)軸承安裝間隙不小于0.35mm。

5.2 軸承及填料安裝技術(shù)要求

軸承裝配前，所有結(jié)合面要去除毛刺、清洗干凈；軸承座為分半結(jié)構(gòu)，軸瓦為分塊式；軸瓦哈夫面與軸承體哈夫面成90°。

填料裝配前所有結(jié)合面要去除毛刺、清洗干凈；填料盒座為分半結(jié)構(gòu)；填料材料為聚四氟乙烯纖維盤(pán)根；安裝填料時(shí)，每道填料切口以45°角對(duì)接，兩道相鄰填料切口應(yīng)錯(cuò)開(kāi)120°～180°，防止填料接口重合泄漏。此外，每加一圈填料，應(yīng)加潤(rùn)滑油少許，以減小填料和軸套之間的摩擦；填料用泵抽送的介質(zhì)自潤(rùn)滑[5]。

6 效果檢驗(yàn)

檢驗(yàn)方法為試運(yùn)行檢驗(yàn)。在機(jī)組運(yùn)行前，運(yùn)行人員將填料潤(rùn)滑水送至現(xiàn)場(chǎng)，保持壓力在0.2～0.3Mpa范圍內(nèi)。在確保潤(rùn)滑水壓力穩(wěn)定后機(jī)組開(kāi)機(jī)試運(yùn)行0.5h，試運(yùn)行期間采用紅外線測(cè)溫儀每隔2min測(cè)量一次軸承溫度(見(jiàn)表3)。水導(dǎo)軸承處的溫度控制在正常范圍，此改造方案可行且有效。

表3 試運(yùn)行期間軸承溫度

7 總 結(jié)

本文基于石港泵站運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的水導(dǎo)軸承溫度過(guò)高的問(wèn)題，通過(guò)添加阻水圈等措施，簡(jiǎn)單便捷有效地解決了聚氨酯橡膠異常磨損問(wèn)題。機(jī)組試運(yùn)行試驗(yàn)表明，改造方案可行有效，聚氨酯橡膠沒(méi)有再出現(xiàn)異常磨損現(xiàn)象，治理效果明顯。