大型卧式轴流泵水导轴承的运用

1 概述

水导轴承是大型水泵的关键部件，起着承受水泵转动部件径向力、稳定叶轮转动的作用。如果水导轴承磨损过大或损坏，则会造成机组轴线动摆度增大，振动加剧，甚至发生叶片碰壳事故。据调查，水泵运行故障中绝大部分是水导轴承故障。因此，水导轴承是水泵可靠性、运行寿命和计划性大修周期的主要控制因素。

江苏省秦淮新河闸管理所抽水站（以下简称“新河泵站”）于1982 年建成，作为一座建站近30 年的老站，在卧式轴流泵水导轴承的运用方面积累了不少经验。

2 水导轴承特点

对卧式或斜式泵机组，水导轴承要承受转动部件的自重。由于轴承常年浸没在具有一定压力的水下，对采用透平油或清水润滑的水导轴承，不但要求具有较好的承载耐磨能力，而且为保证其润滑条件，还需要设置水密封及排漏水装置，以阻止泵内含有泥沙等杂质的水体进入轴承。含有泥沙的水体一旦进入油润滑轴承，就会破坏润滑条件，损坏轴承，在很短的时间内造成轴承失效。

3 水导轴承的要求

水泵导轴承要求具有较好的可靠性和耐久性。影响水导轴承性能的主要因素有：水泵转动部分径向不平衡力、轴承结构、材料和润滑状况等。水导轴承可靠性是指在规定的运行条件下和运行时间内，轴承不发生突然破坏或失效而停止工作的性质，这就要求轴承具有足够的承载能力，密封排漏装置可靠。随着运行时间的增加，轴承材料及轴颈磨损量增大，有些非金属材料还会逐渐发生硬化、裂纹等老化现象。轴承的耐久性主要是指在规定的使用条件下，轴承材料抗磨损（磨损量在允许范围内）、抗老化的能力。

4 水导轴承的种类

4.1 水润滑非金属轴承

①橡胶轴承

橡胶轴承一般用于立式泵的水导轴承，在用于卧式水泵时，由于需承载转子部件的重量和一定的径向荷载，故不仅加剧了橡胶轴承下部的严重偏磨，而且其耐磨性能也远不能满足运行要求，还会因承载而使橡胶轴承部分变形，使水泵运行时产生附加振动，影响水泵的稳定运行。

②P23 轴承

P23 轴承是一种酚醛塑料轴承，此类材料脆性比较大、易碎，并且其碎屑较硬，一旦有碎屑脱落，会加速磨损并拉毛与之相配的大轴轴承档。

③F102 轴承

F102 轴承与P23 轴承相比承载力高，韧性好，能耐冲击荷载，抗压强度高，不会发生碎屑加速磨损的现象，耐磨性好。但它与P23 轴承一样，在应用时对轴承材料、成型工艺及泵轴的表面处理须有严格的要求。

④赛龙轴承

赛龙轴承的自恢复性和弹性极好，故能耐冲击，且易加工、耐污水、耐磨损，但赛龙轴承多见用于立式轴流泵，在卧式轴流泵的水导轴承应用方面有其局限性。

4.2 油润滑金属轴承

①金属滑动轴承

卧式泵金属滑动水导轴承一般采用的是巴氏合金材料，有脂润滑和稀油润滑两种润滑方式。金属滑动轴承适用于低速、重载比压较大的运行工况。脂润滑金属滑动轴承维护管理要求高，不便于实现自动控制，也不便于管理。稀油润滑轴承要求泵组设置稀油润滑站或重力油箱，增加了泵组的配置部件。金属滑动轴承存在油滴漏后污染水质环境的可能性，要求有极为可靠的密封，但具有自调性功能，可以消除轴系对中不好等缺陷，故其运行可靠性较高，特别适用于连续运行并且年运行时间较长（超过5000 h）的泵站。

②滚动轴承

滚动轴承承载力大，可靠性高，使用寿命长，一般均用稀油润滑，但因其改变泵过流部分的断面面积，故要进行大量的前期水力研究。此外，根据目前的轴承技术滚动轴承还不能做成分半结构，也给维修带来极大不便。

5 水导轴承在新河泵站的运用

5.1 水导轴承的选型

建站时新河泵站五台机组使用的是橡胶轴承，由于磨损严重，后于1995 年改换为聚胺脂橡胶轴承，虽然每年的运行时间一直不长，但水导轴承磨损和变形问题仍然相当突出。随着2002 年加固改造工程的启动，新河泵站在水导轴承的选型方面非常慎重，通过大量收集资料，分析对比后确定了两种方案：

（1）从水导轴承的可靠性出发，采用与太浦河泵站4．1 m斜式泵类似的稀油润滑金属轴承。该结构的缺点是：结构复杂，由于轴瓦材料采用巴氏合金，在安装时需要刮瓦，安装工艺要求高；轴承润滑采用高位重力油箱稀油润滑，运行维护管理较为复杂。

（2）从维护管理方便、经济的角度出发，采用水轮机组上早已应用成熟的技术——弹性金属塑料瓦（聚四氟乙烯塑料瓦）。其与镜板的摩擦系数仅为巴氏合金的35％～50％，这不仅使盘车省事、省力，而且不需研刮，从而减轻了劳动强度，缩短了检修工期；而且，采用该结构形式，可以直接利用水介质进行润滑与冷却，辅助设备少。唯一遗憾的是该结构此前从未在水泵行业应用过。

经过对上述方案的反复论证，从有利于对卧式机组水导轴承选用进行同等条件的运行比较，及便于今后的总结、提高和选用，最终决定改造后的新河泵站5 台双向卧式机组中4台采用稀油润滑金属轴承，1 台采用弹性金属塑料瓦水导轴承。

5.2 技术分析

新河泵站卧式机组的轴颈为240mm，轴承处的径向力约3100 kg，若轴承有效长度为400 mm，则比压为3.29 kg／ cm ，无论是采用稀油润滑金属轴承，还是采用弹性金属塑料瓦轴承，设计时为保证其可靠性，并考虑今后备件的通用性，除轴瓦材料外，两种材料的水导轴承的结构尺寸都必须一致（即保证两种材料的轴瓦均能互换）。此外，设计时还注意到如下几个方面：

（1）将轴瓦外壳设计成球体，以增加自动对正中心的功能。轴瓦与轴承座采用球面接触，轴瓦在轴承座内可以沿轴线灵活转动（轴向转动范围为1°30′），这样可使轴瓦受力均衡，消除由于轴系对中不好和运行时产生的不平衡力而造成的轴瓦内局部受力超载情况。

（2）各轴承在结构上所有零件均采用沿轴中心分半结构，稀油润滑金属轴承的骨架油封采用了英国WALKER 公司的产品，也为分半结构，以便于安装、检修。

（3）稀油润滑金属轴承润滑采用高位重力油箱稀油润滑；轴承均设有进出油管，可以随时更换轴承内的润滑油。

（4）稀油润滑金属轴承的密封采用三只骨架油封，里边两只骨架油封开口向内封油，外面一只骨架油封开口向外封水，在封油骨架油封和封水骨架油封之间设置一回油（水）环，将骨架油封中漏出的油或渗进的水，通过回油（水）管及时引出泵外，这样就保证了从骨架油封中漏出的油不会进入水中，也保证了从骨架油封中渗进的水不会进入轴承内。

（5）泵轴轴颈处，采用成熟的堆焊硬质合金加工工艺，提高摩擦部位的表面硬度和粗糙度。

稀油润滑金属轴承和弹性金属塑料瓦水导轴承的主要优点是：可以承受较大的径向荷载，也可以承受径向的脉动荷载（即抗冲击性能强），这是目前国内同类机组水导轴承无法实现的，也是非常适用实际工况的；润滑系统简单，可靠性好，使用寿命长。

5.3 实际运用情况

改造后的新河泵站机组于2003年6 月试运行，2005 年还为改善南京市水环境和市政府合作担任了“引江换水”工程的主要工作—引水，所以每年的运行时间单台从改造前的几百台时增加到现在的3000 台时以上，而且大部分时间是超扬程运行的，这样对机组水导轴承的考验是不言而喻的。当然，两种结构的轴承表现也是各不相同：

至2006 年年头为止，5 台机组的导轴承运行基本稳定，水润滑的轴承磨损量很小，而油润滑的4 台机组除2#有轻微渗水之外运行都很正常。

至2006 年年中，4 台机组油润滑的轴承出现不同程度的渗水现象，润滑油出现乳化情况，其中较为严重的必须通过不断的补油、换油才能维持运行。新河泵站结合大修分别对2#和4# 机组进行拆检后发现两台机组出现了同样的问题：短轴在与三道橡胶密封圈接触的地方出现明显被磨出的凹槽，分析原因应该是由于水压作用泥沙随着河水渗进密封装置，有些泥沙会停留在密封圈表面导致短轴的表面造成磨损，从而让更多的河水进入水导轴承。为节约维修时间和成本，采取通过加垫圈来错开密封圈和磨损面的位置，使密封装置重新恢复作用的方法，之后的两年运行效果不错，但2009 年，同样的情况重新出现，拆检时发现在短轴上除了原有的三道凹槽外又新增了三道凹槽。

而水润滑的1# 机组水导轴承却一直保持着稳定，通过2003 年、2005年和2010 年的三次拆检发现轴承只有轻微磨损，仍在正常范围。

考虑到稳定性的原因，加之由于环保因素水润滑也将成为发展趋势，更为进一步检验弹性金属塑料在大型卧式轴流泵上的运用情况，2010 年新河泵站又将2# 机组水导轴承改造为水润滑弹性金属塑料轴承，使用至今温度稳定，流道检查时也无异常，磨损情况有待拆检时查看。

6 结语

稀油润滑的巴氏合金水导轴承虽然在使用时相对较为稳定，但在安装时需要刮瓦，安装工艺要求高，并需要泵组设置稀油润滑站或重力油箱，增加了泵组的配置部件。金属滑动轴承存在油滴漏后污染水质环境的可能性，要求有极为可靠的密封，但长期使用，渗水漏油的情况难以避免，维修周期较长，且很容易污染环境。

水具有无污染、来源广泛、安全性和难燃性等优点，在很多场合都可以用它来代替油，是一种有着广阔发展前景的润滑介质。之前弹性金属塑料虽然没有应用于大型泵站，但在水轮电机上的成功运用是有目共睹的，在新河泵站的实际运行中，此种材料的水导轴承在运行时也最为稳定，节约了很多的维修成本和人力，值得大力推广。

作者单位：江苏省秦淮河水利工程管理处