王宝贵
（液化空气（成都）有限公司，成都 611731）
摘 要：介绍了造成循环冷却水冷却塔减速机轴承进水的原因，及进水对轴承产生的不良影响，分析了水引起的轴承磨损原因、机理；采用外加密封气装置对减速机轴承进行了防水改造。结果表明，通过导水环及密封气的作用可完全阻断水进入轴承的通路，且密封气的防腐作用使骨架油封寿命较原来有一定延长。
关键词：冷却塔；减速机；轴承；防水
某公司的循环冷却水冷却塔减速机轴承防水性能较差，在其运行近1a的时间后下部骨架轴封就会有水渗出，7台减速机在1个月内因轴承进水而损坏，影响系统稳定运行。通过分析减速机的结构发现，水进入减速机内部的途径只有在轴与轴承压盖之间的缝隙，因此只要切断这条水侵入通道，就能阻止水进入减速机内部，避免轴承因为水的侵害过早失效的问题产生，提高设备运行的稳定性。
1 进水对轴承的影响
减速机底部轴封渗水和轴上凝结水情况见图1。
资料表明，在径向轴承油中水的质量分数为1%时就能使轴承寿命减少达90%。水引起的轴承磨损原因、机理主要有：
1）腐蚀及油乳化：水直接侵蚀轴承表面生成氧化铁。水与油中酸（由水存在产生的）一起提高了腐蚀电位增加轴承电化学腐蚀。当金属表面出现磨蚀颗粒时，锈和腐蚀会导致表面快速恶化。金属锈蚀表面磨损后暴露出基体金属，其在水和酸的存在下更容易被腐蚀。在轴承滚道和滚动体上由于腐蚀产生蚀刻和点蚀破坏了油膜结构，引起轴承接触疲劳和磨损。水促使油质乳化，油乳化后不但会降低润滑效果还会带来严重后果，如：乳化液在轴承等处析出水分可能破化油膜、增大摩擦引起轴承过热等。
2）氢脆。在某些情况下，水会在滚动轴承负载区产生的高压作用下被分解成氧原子和氢原子，以及在水解和腐蚀过程中会有氢产生。过程中所产生的氢可以被吸收到轴承滚道的表面，导致轴承材料性能劣化。轴承被氢侵蚀后，其滚道表面下方材料容易开裂，当一些裂缝扩散到表面时，可能导致点蚀和剥落。来自于添加物（极压添加剂，抗磨添加剂等），润滑油和环境中硫可能加速裂纹的发展。
3）破坏油膜强度。滚动体轴承依靠油的粘度来建立一个关键的间隙来承载载荷。油膜能承载极大载荷是因为润滑油的粘度随压力的增加，而水不具备此属性。因此当一个小的水珠被带入负载区域油膜间隙就会丧失，出现碰撞或者干摩擦的发生，进而导致滚动接触面出现疲劳裂纹，凹坑和剥落的可能性。水能在负载区闪蒸或爆发出过热蒸汽，这能急剧破坏油膜和造成潜在断裂面，恶化润滑效果。水的污染也增加了油的夹带空气能力，从而增加油中的气穴，削弱油膜，引起氧化，会导致局部表面疲劳和侵蚀。
4）油氧化及添加剂耗减。很多润滑油中都含有少量的抗氧化剂。当润滑油遇到高温的金属颗粒和水时其抗氧化剂被迅速消耗，使润滑油失去抗氧化剂保护而被氧化。油氧化会带来很多问题，如腐蚀，油泥等。水可以使一些添加剂水解，使一些添加剂凝结或者将这些添加剂从油中析离，使添加剂功效减弱或丧失如：极压添加剂，抗磨添加剂，抗腐蚀添加剂，抗乳化剂等。硫磷等极压添加剂遇到水能转变成硫酸和磷酸，加剧腐蚀。
5）微生物污染。水是具有极性的，因此其有相应能力来吸收油中具有极性的杂质（如氧化物、废弃的添加剂、微粒、碳细粉和树脂等）以形成污泥球和乳剂，进一步造成润滑不良。水是一种已知的微生物载体，如细菌和真菌。久而久之，这些微生物构成厚生物粘泥，近一步恶化润滑效果，也加剧腐蚀。
通过以上分析得知轴承进水会对轴承造成致命伤害，因此必须阻止水进入轴承中，才能保证轴承安全稳定运行。
2 防水装置设计
鉴于减速机长期处于水汽包围环境中运行，即使用时会有大量凝结水（图1(b)），因此对于减速机防水设计有着重要意义，关乎冷却塔能否稳定运行。通过前面分析得知，只要阻断水进入减速机内部的通路就可以做到防水，可以用加迷宫密封、机械密封、填料密封等方法解决进水问题。但以上几种方式需要做的改造比较大而且成本也比较高，对于工厂有很大难度。为了减小实施难度及保证减速机各部分性能不发生改变，采取外加密封气装置进行防水设计。
密封装置由气源管（防腐蚀）、减压阀、接头、截止阀、过滤器、密封盖板、四氟导水环、微压表、抱箍、硅橡胶、扎带等组成，见图2。
在冷却塔减速机上下轴承压盖上加上一个与轴承压盖类似的盖板，盖板与轴承盖之间加密封垫，密封盖板内部采用锥形结构，以便减小气体局部损失以及对气体起到缓冲作用，便于气体均匀喷出。轴与盖板孔径之间的间隙值以轴承压盖与轴的间隙值为参考。在盖板的侧面加工一个进气孔，用来通密封气，密封气通过轴与盖板之间的间隙排至大气，盖板顶部Z小厚度可以参照轴承压盖厚度确定。盖板顶部密封气出口处外部设计成30°斜坡，其与导水环下表面平行，起到围堰挡水作用。
在减速机上部轴上加上一个导水环，导水环采用聚四氟乙烯材料内外双斜面设计，其棱角的投影应在密封盖板斜坡的外侧。导水环采用抱箍固定在轴上，其与轴之间必须密封良好（可以考虑用硅橡胶）。导水环与密封盖板的距离参考密封盖板与轴的间隙，尽量利用气体的喷力。减速机上下密封盖板结构相同，下部由于重力作用取消导水环的安装。由于导水环的作用使得在密封气出口处只有水雾，因此密封气出口压力只需高于大气压力即可，推荐气压为30kPa。以便尽量节省气体用量。通过密封气及导水环作用，从而阻断水进入减速机内部的通道。
由于冷却塔内通入少量氮气或污氮气，因此检修时存在着窒息风险。进入前要关闭密封气进气阀，对阀门进行上锁；风扇可以运转情况下进行强制通风，如风扇不能运转要打开检修门10min后进入；进入前必须佩带氧气气体检测仪，正常后方可进入空间；同时必须有监护人员。
3 结束语
通过导水环及密封气的作用完全阻断水进入轴承的通路，再者由于密封气的防腐作用，使骨架油封寿命较原来有一定延长，为轴承运行提供良好的环境，保证减速机的稳定运行。
来源：《化工生产与技术》2013年01期
