江都四站水泵油润滑导轴承及其密封装置的设计

在停机时也需要依赖此密封装置进行密封 ，对密封 装置的可靠性要求较高 ， 密封装置结构型式较复杂。 与橡胶 、 聚氨酯 、 弹性金属 塑料 、 赛龙等非 金属 导轴承相 比， 巴氏合金导轴承具有瓦面质地软 、 承载 力高 、 摩擦系数小 、 基本无老化现象、 寿命长等特点 。 此 次 改造 在分 析 原 导轴 承 及其 密 封 装 置结 构 的 基 础 上 ， 其 结构 进 行优 化设 计 ， 对 在保 证 密 封 的长 期 可 靠 性 及 导轴 承 的使 用 寿命 的前 提 下 ， 力 简 化结 构 ， 着 提 高检修、维护 的方便性 ，提高运行 管理 的 自动化程 度， 确保 达 到更新 改造 的 目标要 求 。
１ 改造前后水泵导轴 承及 其密封装 置对 比
１１ 原 水 泵导轴 承及 其 密封 装置 的运 行情况 ． 江都 四站原水 泵 采用 了 巴氏合金 导轴 承 ， 润滑方 式 为 自循 环稀油 润滑 ， 据江都 四站运行管理人 员反 映 ： 原水 泵 导轴 承虽然 结 构复 杂 ， 一般 运行 ２ ０ 但 ００ ０ ｈ左
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Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｎｏ１ ２ ２ ｎ ｆｅｒ ｇ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ．０， ０１ ｉ
板外 圆处设一集油盘及细油管 ，细油管从油标管 内 耐磨性能好从而寿命长 ；静环密封圈用带锥度的压 穿 出到泵体外 ， 出口端略高于上油箱油位 ， 如果有油 板与静环座夹持以保证长期连续运行而不脱落。静 循环 ， 则油从细油管流 出溢到油标内再流 回上油箱 ； 环座套在导叶体轮毂下端 的密封座上 ，静环座在水 油质 的监 测 内容 包 括 油 内混 人水 的情 况 及 油是 否 变 泵运 行 过程 中处 于浮 动状 态 ，静 环座 与 密 封座 之 间 Ｌ 型密封圈，Ｌ 型密封圈在过流水压 的作用下 ， “＇ ， 质 ， 内混入水的情况 由油混水监视仪监测 ， 油 油质可 设“ ” 从 油标 处 现地 观 察 ， 可 用监视 器 远程 观察 。这些 监 与密 封 座保 持 紧密 接 触 ，并 具 有一 定 的 自动补 偿 功 也 测 装 置 可 以对 导 轴 承 的状 况进 行 实 时监 测 ，对 保 证 能 ，从 而保 证 密封 长 久可 靠 。在静 环 座 侧 面设 防转 块 ，防 止静 环 随动 环旋 转 。在 静环 座 上 端设 压 紧弹 导 轴 承及 机组 的安全 、 可靠 运行 是必 不可 少 的 。 簧， 弹簧 力 及静 环 的 自重 保证 动 、 静环 密 封 面 紧密 接 ２３ 优 化设 计 特点 ． 触并 实现 密封 面少量 磨损 后 的 自动补 偿 。 （ ） 加斜 油 槽 的数 量 ， １增 原水 泵导 轴 承及 一般 立 在 正 常情 况 下 ， 械密 封 会产 生 少 量 的 漏水 ， 机 在 式 水 轮 机 导轴 承 设 四道 斜 槽 ， 导轴 承 增加 两 道 ， 新 可 导 叶体 导 叶片 内设 置 七 根 排 水 管 ，引 出泵 体 外 ， 其 加快 油循 环 速度 ， 滑效 果更好 。 润 中， 两根 排 水 管分 别 与两 只 毕 托管 联接 ， 为 主排 水 作 （） ２ 与水 轮机 导 轴 承 比较 ，取消 盘管 式冷 却 器 。 管 。毕托 管 的管 口对 着 旋转 方 向 ， 以保 证 排水 效果 良 根 据 泵站 运 行记 录 ， 正 常 连续 运行 时 ， 导轴 瓦 温 在 水 好 。 当机 械密 封 面有 少量 泄 漏 水进 人 导 叶 体 轮毂 腔 度在夏天一般不超过 ５ ５℃， 说明这种不带冷却器 的 内时 ， 通过 排水 管 自流排 出 。 可 结构是合理 的、 可行 的、 可靠的 ， 充分利用 了水泵 其 导叶体轮毂 内安装水位信号器 ，当泄漏水位超 的结构特点 ，简化 了导轴承 的结构 ，降低 了运行成 过 允许 的位置 时 ， 自动 报警 ， 证 在水 进 人 导 轴 承前 保 本 ， 少 了装 、 减 拆工 作量 。 及 时停 机排 除故 障 。 （） ３ 设置 了循环 状态监 测 ，有利 于机组运行 的安 ３３ 优 化设 计特 点 ．
右（ 一般为一个检修周期） 水泵导轴承无异常现象 ； 在 机组周期性大修时， 水导部分通常只更换密封件和磨 损件 ， 而轴 承 本 身 和轴 颈在 机组 大 修 时 ， 仅需 进 行抛 光、 刮除毛刺等简单处理即可重新投入使用 ， 通常可 以运行 ２ 个检修周期甚至更长时间才需要进行加 ３ 工 处理 【 由此 可见 ， ｌ Ｊ 。 原水泵 导轴 承 的运行 情况 良好 ， 检修工作量不大 ； 密封装置的运行情况正常 ， 但检修 较频繁 ， 密封件及磨损件每个检修期需更换一次。 １２ 改造 后 水泵 导轴 承及 其 密封装 置 综述 ． 该 导 轴 承 结 构 与 立 式 水 轮 机 导 轴 承 基 本 相 同
管理 、 维修 方便 ， 达到预期 目标 ， 为类似 大型立式水泵采用该型式导轴承和机械 密封装置提供 了设 计参考 。 关键词 ： 江都 四 站 改 造 ； 油 润 滑 ； 氏合 金 导 轴 承 ； 稀 巴 密封 装 置 ； 化 设 计 优 中图分类号 ： Ｈ ３ Ｔ １６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２ ５ ５ ２ １ １ － ０ ４ ０ １ ７ — ４ Ｘ（０ ２）Ｏ ０ ３ — ４
收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ５ ２ １ — ７ ０ 图 １ Ｂ 立 式 水轮 机导 轴 承及 其 密封 装 置 结构 总 图 一
图 １ 水泵 、 水轮机导轴承 比较图
作者简介 ： 黄从 兵（ ９ ８ ）男 ， １６ 一 ， 江苏高邮人 ， 技术部长 ， 流体机械专业 学士 ， 从事水泵产品设计及研究 。
２所示 。
导 轴 承 的润 滑 油 能够 维持 自循 环 ， 油在 循 环 过程 中 ，
流过 轴颈 与瓦 面之 间 的间 隙 ， 到润 滑 的作 用 。 起
水泵轴在旋转过程 中，与轴承瓦之间因摩擦产 生热量 ， 使油温升高 ， 需要冷却 ， 因导轴承室 的外 围 全部浸没在水体下 ，水体 的流动能将导轴承产生 的 热量及时带走 ， 使油温保持在允许 的范围内。 润滑 油在 循 环 过程 中 ， 因温 度 的升 高 ， 雾化 产 生 油气 ， 油气 有 可能 从 上油 箱 盖 、 旋转 油盆 盖 的轴 孑 处 Ｌ 外泄 ， 减 少 和避 免 此 现 象 的发 生 ， 上 油 箱 盖 、 为 在 旋
图 ２ 江 都 四 站水 泵导 轴 承 结构 图
左旋 ； 反之 ， 为右旋 ， 本项 目为左旋。 强 制排 出。补 油一般 在 油位低 位报 警 ， 在需 要更 换 油 （ ） 转 油 盆 由 油盆 体 、 盆 盖组 成 ， 盆 体 与 情 况 下进 行 ； 油 一般 在 油 质恶 化 、 内混入 一 定 量 ２ 旋 油 油 排 油 泵 轴之 间通 过卡 环连 接 在一起 。上油 箱 由上 油箱 体 、 的水 的情况下 进行 。 上 油箱 盖 、 挡油套 、 油 管 、 流板 等组 成 。 挡 导 （） ３ 状态监测包 括 ： 瓦温 、 油位 、 循环状况 、 油质 （） ３ 油路 系统 由进油 孑 （ Ｌ在轴 承 体下 法 兰侧 面开 的监测 。瓦温 是 指 ： 导轴 承 体 上端 开 一 轴 向深 孔 ， 在 的径 向孔 ）螺旋 油 槽 、 、 回油 管 （ 轴 承体 壳 体 上开 四 在 尽量靠近瓦 ， 深孔 内保持干室 ， 温度传感器插深接近 个轴 向 的 回油孔 通 到转 动 油 盆底 部 ，回油 孔 上端 接 瓦面高度的中部 ， 这样 ， 测量 出的温度值更接近于瓦 回油管 ，回油管上端面的高度决定 了上油箱油位 的 的实 际温度 ；油位的监测包括上油箱油位 的监测和 高 度及 储 油量 ）加 油管 （ 泵 体 外 通 人 上 油 箱 ）排 、 从 、 旋转 油 盆油 位 的 监测 ，上 油箱 油 位可 以用 设 置 于 泵 油管（ 共两条 ， 一条从上油箱通 到泵体外 ， 另一条从 体外 的油标 进 行 现地 观 察 ，也 可 在油 标 旁 并联 １只 转 动 油 盆底 部 通 到泵 体 外 ）油标 管 （ 上 油 箱 通 到 、 从 浮球 液位 信 号 器 （ 或设 监 视 器 ） 现 远 程 监 测 ， 油 实 上 泵体外 ）油循环状态监测管等组成。 、 箱 油位 应保 持 与 回油 管 上端 平 齐 ，以保 证 水 泵启 动 （ ）监测元件包括瓦温传感器 、 ４ 油位信号器及油 后 润 滑 油能 立 即建 立 起循 环 ， 如果 上 油箱 油 位 过 低 ， 标、 油混水监视仪 ， 分别用于监测瓦温 、 油位、 油质。 水泵启动后会导致旋转油盆油位过低而不能循环 ； ２２ 导轴 承 工作 过 程 － 旋 转 油 盆油 位 用 浮球 液位 信 号 器监 测 ，信 号器 插 入 导 轴 承 工作 过 程包 括 三 部分 ：润 滑 油 的循 环及 设 置 于 导轴 承 体 的轴 向孔 内 ， 孔 与 旋转 油 盆 连通 ， 该 冷却 ， 补油 、 排油 ， 状态监测。 下 控 下 该 （ ）润滑油的循环过程如下 ： １ 当水泵运行 时， 水 信 号 器设 上 、 限 ， 制 系统 设 上 、 限 油位 报 警 ， 在水泵停机时打开 ， 因 泵轴旋转 ， 旋转油盆连同主轴同步旋转 ， 在离心力的 报警装置在水泵运行时关 闭， 会产 生 误 报警 ； 作用下 ， 旋转油盆 内的油面形成抛物线形 凹面 ， 使油 为 水 泵运 行 时 旋转 油 盆油 位 不稳 定 ， 柱高度接近于静止油面的 ２ 倍脚 使轴承体的进油 口 ， 水 泵 运行 时油 的循 环 状况 需 要 监测 ，方 法 是在 导 流
摘 要： 为确保水 泵长期、 续、 连 安全、 可靠、 定运行 ， 稳 在借鉴原水泵、 立式水轮机 导轴承及其 密封装置设 计经验的基础
上 ， 行 了优 化 设 计 。 经 泵站 实 际运 行 表 明 ： 进 江都 四站 改 造 后 水 泵 导轴 承 及 其 密封 装 置 结 构合 理 、 行 可 靠 ， 装 、 行 运 安 运
为确保南水北调东线一期工程江都 四站改造工 程 大 型 主水 泵 长期 、 续 、 全 、 连 安 可靠 、 定 运 行 ， 稳 对 水泵 的关键 部件导轴承及其密封装置进行了优化设 计 。在充 分 调研原 水 泵 、 式水 轮机 导轴 承及 其密封 立 装 置设 计 优 缺点 的基 础 上 ，对 有 关结 构 进行 改 进设 计 ， 设 自动 监 测 装 置 ， 采 用 了先 进 的制 造 工 艺 。 增 并 经泵站实际运行表明 ：改造后 的水泵导轴承及其密 封装 置结 构 合 理 、 行 可靠 ， 装 、 行 管理 、 修方 运 安 运 维 便， 对类似产品的设计具有重要的参考价值。
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《 装备制造技术｝ ｏ２ ２ ￣ 年第 ｌ 期 ０
２ 导轴 承结构设计及特 点
处获得静压力 ， 使轴瓦间隙上下端存在压力差 ； 再加 上 主轴 与瓦 面 螺旋 斜 油槽 之 间 的相 对 转 动产 生 的 泵
送效应 ， 旋转油盆内的油便通 过进油孔进入轴 承 ２ １ 导轴 承 的构 成 ． 间隙并沿斜油槽上升 ，一直上升到上油箱内的挡油 导轴承主要 由五部分构成 ： 导轴 承体（ 巴氏合 套 ， 含 当挡 油 套 中的 油满 后 ， 导 流 板 溢 出 ， 经 过 挡 从 油 金 瓦 ）旋 转 油 盆 、 油箱 、 、 上 油路 系统 、 监测 元 件 ， 图 油 管 、 如 回油 管 回流 至转 动 油 盆 再 进 入 进 油 孔 ， 因此 ，
转 油 盆 盖轴 孔 内侧 设 迷 宫密 封槽 及 回油 孔 ，实 践 证
明 ， 果 良好 。 效
（ ） 油 、 油 过 程 ： 油 由设 置 于上 油 箱 并 通 ２补 排 补 到泵 体外 的加 油 管完 成 ， 由于上 油 箱 、 转 油盆 通 过 旋 回油 管 连 通 ， 因此 ， 油 箱 加 油 的 同 时 ， 转 油 盆 的 上 旋 （） １ 导轴承体为导轴承 的主体部分 ， 内表面浇 油也得到补充 ， 其 上油箱 、 旋转油盆均设置 了油位监测 注 巴氏合 金 瓦 ， 瓦面设 六 道 螺旋 形 上 升 的斜 油槽 ， 其 装 置 ， 以保 证 补油 的量 满足要 求 。排油 由设 置 于上 可 旋 向根据泵轴正常运转时的旋转方 向来确定 ，从导 油箱 、 旋转油盆并通到泵体外的排油管完成 ， 上油箱 轴承体上端 向下看 ， 泵轴顺时针旋转 ， 则油槽旋 向为 的油 可 以 自流方 式 排 出 ；旋 转 油盆 的 油需 用 自吸 泵
Ｅ ｕ ｐ ｎ Ｍａ ｕａ ｔｉｇ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ． ０ ２ １ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｎ ｆ ｃｒ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｎｏ １ ， ０ ２ ｎ
江 都 四站水泵油润滑导轴承及 其密封装置 的设计
黄 从 兵
（ 江苏航 天水 力设 备有 限公 司 ， 江苏 高 邮 ２ ５０ ） ２６０
（ 图 １ 。两者 比较 ， 轮 机导 轴 承在 比较 开放 的干 见 ） 水 室 空 间 工作 ， 在不 停 机 的情 况 下 ， 以进 行导 轴 承 和 可
①导轴承 ②密封装置 ③导叶体 ④导叶帽 ⑤主轴 ⑥护轴套 管
图 Ａ 江都 四站水泵导 轴承及其密封装置结构 总图 一
密 封 装 置 的部 分 检查 工 作 ， 封 的结 构型 式 较简 单 ； 密 水 泵 导轴 承 工 作 环境 为 狭小 的密 闭空 间 ，检 查 工作 ①导轴承 ②密封装置 ③导水机构 ⑤ 主轴 ⑦空气 围带 ⑧ 冷却盘管 必 须 在停 机 状 态且 将 进 水 流道 内水 排 至 叶片 以下才 可进行 ， 同时 ， 不便设空气 围带（ 停机状态密封用 ） ，