（寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司，寧夏 銀川 750011）

國(guó)內(nèi)某公司400萬(wàn)t/a煤炭間接液化項(xiàng)目的油品合成裝置和合成氣凈化裝置使用的22臺(tái)離心泵現(xiàn)場(chǎng)泄漏嚴(yán)重，造成軸承箱體缺油，不僅浪費(fèi)潤(rùn)滑油，污染環(huán)境，也成為安全生產(chǎn)隱患。這22臺(tái)離心泵中，12臺(tái)泵軸承潤(rùn)滑方式采用甩油潤(rùn)滑，軸承箱壓蓋和軸承之間的密封結(jié)構(gòu)為防塵盤(pán)結(jié)構(gòu)（迷宮密封），其余10臺(tái)泵軸承潤(rùn)滑方式采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，軸承壓蓋和軸承之間的密封結(jié)構(gòu)為軸承隔離器結(jié)構(gòu)（迷宮密封）。

1 機(jī)械油封失效原因

1.1 防塵盤(pán)工作原理及失效分析

位號(hào)P3100101/201/301/401A-B/C對(duì)應(yīng)的12臺(tái)泵為國(guó)產(chǎn)SCSK 650-125×4型離心泵，工作壓力1.129 MPa,轉(zhuǎn)速2950r/min，軸功率847.5kW,介質(zhì)相對(duì)密度0.938 4，工作溫度-58.6℃，額定體積流量522.4 m3/h，其軸承采用甩油潤(rùn)滑，軸承密封形式為迷宮密封（防塵盤(pán)）。甩油環(huán)帶起潤(rùn)滑油潤(rùn)滑軸承，同時(shí)擊打油面產(chǎn)生油霧，潤(rùn)滑油飛濺到軸承箱壁也產(chǎn)生油霧。所以，離心泵的油封除了要密封液態(tài)油外，還要封住油霧［1］。

防塵盤(pán) （圖1）是一種典型的階梯形迷宮結(jié)構(gòu)，當(dāng)液體流過(guò)防塵盤(pán)靜環(huán)與防塵盤(pán)動(dòng)環(huán)形成的小間隙時(shí)，液體受到一次節(jié)流的作用，其壓力和溫度下降而流速增加［2］。液體經(jīng)過(guò)間隙之后，流過(guò)防塵盤(pán)靜環(huán)的迷宮槽，液體在腔內(nèi)體積突然增加，形成很強(qiáng)的漩渦，液體進(jìn)入到體積比間隙體積大很多的空腔中后，流動(dòng)速度幾乎減為0，動(dòng)能由于漩渦全部變?yōu)闊崃浚訜嵋后w介質(zhì)，液體在這一腔內(nèi)的溫度因此又回升到了節(jié)流前的溫度，但壓力卻回升很少，可以認(rèn)為壓力與流經(jīng)縫隙時(shí)的壓力相同。液體每經(jīng)過(guò)一次間隙和隨后較大的空腔，液體就受到一次節(jié)流和擴(kuò)容的作用，由于漩渦損失了能量，液體壓力不斷下降，流速增大，隨著壓力的降低，液體泄漏量減小［3］。

圖1 離心泵防塵盤(pán)結(jié)構(gòu)示圖

迷宮密封為一種非接觸密封，具有無(wú)摩擦、不需要潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)，但完全非接觸結(jié)構(gòu)不可避免存在間隙，故一定存在泄漏，可通過(guò)增加迷宮級(jí)數(shù)（空間有限）來(lái)減小泄漏量。迷宮密封工作可靠，功耗少，維護(hù)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)。防塵盤(pán)軸承密封主要存在3個(gè)方面的問(wèn)題［4］,①動(dòng)環(huán)采用的是鋁合金（ZAlSi9Mg），鋁合金耐磨性好，但是硬度不夠，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成間隙過(guò)大，泄漏量增加。②靜環(huán)材質(zhì)為45鋼，比鉛青銅耐磨性差［5］，長(zhǎng)時(shí)間使用后動(dòng)、靜環(huán)的間隙變大，不能更好地密封潤(rùn)滑油，導(dǎo)致泄漏量變大。③防塵盤(pán)是一種完全非接觸密封，運(yùn)行中一定會(huì)存在泄漏情況［6］。

1.2 軸承隔離器原理及失效原因

位號(hào) P-5641104/204ABC、P-5641105/205AB對(duì)應(yīng)的10臺(tái)泵為國(guó)產(chǎn)EDS 400-780×2型離心泵，工作壓力 0.14 MPa,轉(zhuǎn)速 1 475 r/min，軸功率3 065 kW,介質(zhì)相對(duì)密度1.25，工作溫度105℃，額定體積流量2000 m3/h，潤(rùn)滑油油壓0.1 MPa，其軸承潤(rùn)滑采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，軸承密封采用軸承隔離器。軸承隔離器是一種在普通迷宮式軸承隔離器基礎(chǔ)上融合動(dòng)態(tài)密封理論，在軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中動(dòng)態(tài)平衡腔體內(nèi)外壓力，同時(shí)兼顧空間隔離，防止?jié)櫥托孤┖屯饨缥廴疚镞M(jìn)入的隔離器［7］，是一種全新的軸承保護(hù)產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 離心泵軸承隔離器結(jié)構(gòu)示圖

動(dòng)、靜環(huán)上使用的是O型圈密封，因此外界污染物進(jìn)入腔體的唯一通道就是動(dòng)、靜環(huán)間狹小的間隙，由于隔離器的迷宮式設(shè)計(jì)，污染物進(jìn)入腔體前必須經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)90°的折彎、旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪和等溫膨脹槽［8］。污染物在膨脹槽處因動(dòng)能下降產(chǎn)生集聚，聚積的污染物在重力和風(fēng)輪的雙重作用下從靜環(huán)排污槽返回到大氣中。在自然條件下，外界進(jìn)入腔體的雜質(zhì)不只是固體物質(zhì)，還有水汽等氣態(tài)物質(zhì)，有效隔離氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)入軸承箱體是防止?jié)櫥妥冑|(zhì)和延長(zhǎng)軸承壽命的關(guān)鍵。

浮動(dòng)環(huán)連接動(dòng)環(huán)與靜環(huán)，將其鎖定為一個(gè)整體，這個(gè)整體結(jié)構(gòu)同時(shí)具有蒸汽阻隔作用［9］。在停機(jī)狀態(tài)下，浮動(dòng)環(huán)僅僅是一個(gè)靜密封圈。在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，浮動(dòng)環(huán)隨動(dòng)環(huán)一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下產(chǎn)生徑向的拉伸，使靜止環(huán)處于浮動(dòng)狀態(tài)，其摩擦和磨損因而極大減小。隨著軸承箱體溫度上升，腔內(nèi)氣體膨脹并逸出，浮動(dòng)環(huán)可釋放出這部分氣體。反之，當(dāng)設(shè)備停車(chē)、溫度下降時(shí)，腔內(nèi)氣壓變小，外界氣體將進(jìn)入腔體，此時(shí)浮動(dòng)環(huán)作為靜密封圈阻止外界污染物進(jìn)入腔內(nèi)，因而對(duì)潤(rùn)滑油和軸承起到保護(hù)作用［10］。在現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生泄漏的10臺(tái)泵均采用了國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的軸承隔離器，此種軸承隔離器主要存在4個(gè)方面的問(wèn)題，①靜環(huán)選用的304不銹鋼材料摩擦性能差。②動(dòng)環(huán)選用的黃銅材料摩擦性能較差，強(qiáng)度不夠，容易發(fā)生變形。③動(dòng)、靜環(huán)的裝配公差未控制在合理范圍內(nèi)，造成該間隙過(guò)大(1 mm)，不能形成一個(gè)完整的油膜，導(dǎo)致潤(rùn)滑油從軸承進(jìn)入浮動(dòng)環(huán)槽并在其中越積越多，發(fā)生滴漏甚至大量泄漏。④浮環(huán)的硬度不夠，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)造成浮環(huán)損壞，泄漏變得更加嚴(yán)重。

2 機(jī)械油封改造

2.1 采用新型軸承隔離器軸承密封

將原防塵盤(pán)和軸承隔離器的油封全部更換為新型軸承隔離器軸承密封［11］。新型軸承隔離器軸承密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 新型軸承隔離器軸承密封結(jié)構(gòu)示圖

總體結(jié)構(gòu)主要由動(dòng)環(huán)、靜環(huán)和浮動(dòng)環(huán)組成，為一體式設(shè)計(jì)，方便安裝拆卸，同時(shí)可以使用在飛濺潤(rùn)滑、強(qiáng)潤(rùn)潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)中。動(dòng)環(huán)結(jié)構(gòu)為，O型圈抱緊軸承并隨軸旋轉(zhuǎn)，O型圈不產(chǎn)生軸向位移。靜環(huán)結(jié)構(gòu)為，靠定位臺(tái)階安裝在軸承腔體上，外徑處O型圈與腔體進(jìn)行密封。在靜環(huán)上設(shè)計(jì)油槽，在相應(yīng)位置設(shè)計(jì)潤(rùn)滑油返回通道［12］。

改造后，軸承隔離器動(dòng)環(huán)和靜環(huán)材料都采用優(yōu)質(zhì)的錫青銅（C93200）材料，浮動(dòng)環(huán)采用硬度更高的氟橡膠，其耐磨性更佳，可在動(dòng)環(huán)隨軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)提高軸承隔離器壽命［13］。

2.2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)

優(yōu)化機(jī)械油封座結(jié)構(gòu)，增加擋油板。油封座固定在軸承箱體上，擋油板與軸承間隙很小，起到節(jié)流的作用［14］。擋油板正下方開(kāi)設(shè)3個(gè)回油孔，當(dāng)潤(rùn)滑油進(jìn)入擋油板外側(cè)時(shí)，潤(rùn)滑油順著回油孔返回到軸承側(cè)，可減少軸承隔離器附近的積油，降低軸承隔離器泄漏風(fēng)險(xiǎn)［15］。

3 結(jié)語(yǔ)

軸承隔離器2019-11更換至今，未發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)泄漏，改造效果良好。相較于傳統(tǒng)型機(jī)械油封，軸承隔離器是一種先進(jìn)的軸承密封形式，其獨(dú)特的非接觸式設(shè)計(jì)，可消除磨損，阻隔空氣中的水汽和粉塵，使軸承使用壽命延長(zhǎng)到普通油封軸承壽命的3～5倍，減少能源消耗，增加設(shè)備的可靠性，有取代普通機(jī)械油封的趨勢(shì)。