廖長城

（三門核電有限公司，浙江臺(tái)州317112）

0 引言

設(shè)備漏油的治理是設(shè)備管理及維修、維護(hù)工作中的重要任務(wù)之一。設(shè)備漏油不僅會(huì)浪費(fèi)大量的油品，而且污染環(huán)境、增加設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)的工作量，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐稍O(shè)備事故而影響生產(chǎn)。

發(fā)電廠泵類設(shè)備多，大部分采用潤滑油潤滑，軸承箱的各處密封容易出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，特別是軸與軸承箱動(dòng)靜部位的密封更加需要引起重視。

1 設(shè)備及缺陷簡介

三門核電除鹽水輸送泵從除鹽水貯存箱吸水，輸送除鹽水通過催化除氧裝置為除鹽水分配總管供水。該泵為臥式單級(jí)單吸懸臂式離心泵，驅(qū)動(dòng)端采用背靠背安裝的角接觸軸承，非驅(qū)動(dòng)端采用深溝球軸承，軸上裝有甩油環(huán)，另外軸承箱上設(shè)置有油窗及恒位油杯。

該泵軸封采用典型的非接觸式迷宮密封，通過旋轉(zhuǎn)部件（泵軸）與靜止部件（油封）之間的間隙來實(shí)現(xiàn)密封，限制潤滑油外漏，同時(shí)防止外來異物進(jìn)入軸承箱內(nèi)部。另外，油封正下方加工有回油槽及回油孔，外泄的積聚的潤滑油通過回油槽及回油孔流回軸承箱內(nèi)部。

在該泵投運(yùn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，泵軸承箱油位低、呼吸器漏油，另外在泵啟動(dòng)時(shí)，油杯內(nèi)潤滑油有被吸入現(xiàn)象，泵的驅(qū)動(dòng)端及自由端軸封有明顯漏油現(xiàn)象。此前對該泵進(jìn)行多次處理，漏油缺陷仍然未消除，最終通過如下分析及改進(jìn)從而徹底解決了漏油問題。

2 原因分析及排查

根據(jù)現(xiàn)場觀察的漏油現(xiàn)象，原因分析如下：

（1）潤滑油從呼吸器漏出：由于甩油環(huán)下端浸泡在油池中，隨泵軸一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)將潤滑油攪起，離心力使得潤滑油甩到軸承箱內(nèi)壁及呼吸器上，且呼吸器的孔過小容易被油堵住。軸承摩擦熱及甩油環(huán)攪拌熱使得油溫升高，潤滑油溫度升高后，體積變大，黏度降低，并有小部分潤滑油霧化，使得軸承箱內(nèi)壓力略高于軸承箱外大氣側(cè)壓力，形成微小正壓，且軸承箱呼吸器被潤滑油堵塞，導(dǎo)致潤滑油從呼吸器被壓出。

（2）泵啟動(dòng)時(shí)，油杯內(nèi)潤滑油有被吸入：由于甩油環(huán)下端浸泡在油池中，隨泵軸一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)將潤滑油攪起，甩到軸承箱壁上，油池中的油位相對降低，油杯補(bǔ)油。

（3）驅(qū)動(dòng)端及自由端軸封漏油：軸封密封間隙過大，密封效果不好。油封與泵軸之間有一定間隙，潤滑油一旦進(jìn)入，在密封間隙較大的情況下，軸承箱內(nèi)微小正壓容易將油封處的油往外擠壓出去。

3 改進(jìn)措施

通過以上分析，為保證設(shè)備安全可靠運(yùn)行且避免潤滑油泄漏，對該泵進(jìn)行了如下改進(jìn)：

3.1 取消甩油環(huán)

經(jīng)測量確認(rèn)，軸承箱的潤滑油油位（以軸承箱上的油窗中心為準(zhǔn)）在深溝球軸承滾珠軌道中心線的最下方處，可滿足泵在運(yùn)行過程中的潤滑要求，無需甩油環(huán)。

3.2 改進(jìn)呼吸器結(jié)構(gòu)

由于原呼吸器與外部大氣相通的孔較小，泵在運(yùn)行過程中很容易造成軸承箱呼吸器堵塞，影響軸承箱內(nèi)與大氣的連通，故將呼吸器改進(jìn)成如圖1所示型式。當(dāng)軸承箱內(nèi)的油汽上升進(jìn)入呼吸器往外流通時(shí)，4個(gè)冷凝片強(qiáng)迫油汽以折線方式流通，汽化的潤滑油流經(jīng)每一片冷凝片時(shí)逐漸冷凝，隨后在重力的作用下回到軸承箱油池中，大大降低了外漏的可能。

圖1 改后的呼吸器結(jié)構(gòu)

3.3 更改軸封型式

因油封與軸之間有一定間隙，潤滑油一旦進(jìn)入迷宮密封與軸之間則難以返回軸承箱，且會(huì)導(dǎo)致潤滑油不斷沿著軸向甩出，造成漏油。考慮螺紋密封結(jié)構(gòu)簡單，且有泵送效應(yīng)，即使?jié)櫥瓦M(jìn)入密封間隙，也可隨即返回軸承箱，故將原迷宮密封改為螺旋密封。

螺旋密封是在旋轉(zhuǎn)軸與靜止殼體之間有一狹小間隙，當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽對液體施加一個(gè)推動(dòng)力，進(jìn)行能量變換，使軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成潤滑油的壓力能，從而形成密封壓頭，即螺旋密封的泵送效應(yīng)。該效應(yīng)能夠在該密封處形成密封壓力，且壓力略大于被密封的潤滑油壓力，從而使得經(jīng)過外側(cè)密封環(huán)間隙的潤滑油因節(jié)流作用壓力降低后流回軸承箱。螺旋密封的具體計(jì)算如下：

該泵是雙支撐的單級(jí)懸臂式離心泵，油封處軸頸d=45 mm，轉(zhuǎn)速n=2 900 r/s，從驅(qū)動(dòng)端看，泵軸轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針。由螺旋密封理論可知驅(qū)動(dòng)端內(nèi)螺紋旋向?yàn)橛倚?，自由端?nèi)螺紋旋向?yàn)樽笮?。因軸伸端與聯(lián)軸器相連，可用螺旋密封長度有限，考慮到油封與聯(lián)軸器應(yīng)留有一定間隙，且為保證有良好的密封效果，故取螺旋密封長度L=17 mm。其他參數(shù)具體計(jì)算如下：

（1）相對槽寬：

式中，bg為螺旋槽寬；be為螺旋齒寬。

一般取K1=0.5～1.0，此處取K1=0.5。

（2）相對槽深：

式中，h為槽深；c為密封間隙（半徑間隙）。

一般取K2=2～10，此處取K2=5。

（3）密封間隙c=（0.6～2.6）/1 000，由于密封間隙的大小與密封壓力關(guān)系密切，為了保證較高的密封壓力，故取較小的密封間隙，c=0.15 mm。

（4）槽深h=c（K2-1）=0.6 mm。

（5）螺紋頭數(shù)i=18。

（6）螺旋導(dǎo)程取S=36 mm。

（7）螺旋角α：由S=πdtan α，tan α=0.255，得出α=14°29′。

（8）螺旋槽寬bg=πdK1tan α/i=1 mm。

（9）螺旋齒寬be=πd（1-K1）tan α/i=1 mm。

（10）軸的角速度ω=2πn/60=303.5 r/s。

（11）螺紋的相對圓周速度ut=πdn/60=6.83 m/s。

（12）螺旋的密封壓力Δp=3μωdLCp/C2，其中Cp為層流工況下螺旋密封的增壓系數(shù)，它只與螺旋本身的幾何參數(shù)有關(guān)，其計(jì)算公式為：

其中K1=0.5，螺旋參數(shù)t=tanα=0.255，K2=5，代入求得Cp=0.0825。

在常溫、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下，空氣的黏度系數(shù)μ=1.79×10-5Pa·s，將ω=303.5 r/s，d=0.045 m，L=0.017 m，c=0.000 15 m代入求得Δp=44.72 Pa。

（13）泵送流量Qp=utcos2αbghi/2=3.45×10-5m3/s。

（14）泄漏流量Ql：

由于Qp＞Ql，故以上設(shè)計(jì)滿足要求。

可見軸承箱由迷宮密封改進(jìn)為螺旋密封后，螺旋密封將會(huì)產(chǎn)生44.72 Pa的壓力。

4 結(jié)語

通過對于除鹽水輸送泵漏油問題的理論分析和選用螺紋密封的理論計(jì)算，并結(jié)合以往設(shè)備漏油處理經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)過改進(jìn)后設(shè)備長期運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際觀察，證明取消甩油環(huán)、重新設(shè)計(jì)設(shè)備軸承箱呼吸器結(jié)構(gòu)及更改密封結(jié)構(gòu)的方法是可行的，改進(jìn)后的除鹽水輸送泵沒有異常和漏油現(xiàn)象發(fā)生，改進(jìn)效果明顯。

以上措施為在實(shí)際工作中的總結(jié)，具體問題具體分析，不是千篇一律，不可一概而論，但上述處理方法對于處理其他設(shè)備漏油問題具有借鑒意義。