内燃机车水泵漏水故障分析与对策

孙 杰

（柳州铁道职业技术学院， 讲师 广西 柳州 545616）

1 问题的提出

内燃机车使用离心式水泵，对柴油机各部件进行强制冷却。该型水泵设计了动、静相对运动形成密封膜的机械型密封，在使用过程中，允许发生微量的渗漏，漏水限度为不大于15 滴/min。机车运用过程，经常发生水泵漏水超限故障，影响机车的正常使用。为此，本人对南宁局集团公司柳州机务段近年水泵漏水落修作了调查，统计数据见表1。

表1 柳州机务段近年水泵漏水落修的统计

由上表可以看出，自2013 年以来，水泵漏故障呈逐年上升趋势，该故障长期以来困扰着内燃机车质量的提升。

机车离心式水泵漏水原因，为机械密封磨耗、拉伤以及安装不当等问题造成，反映情况为水泵排污口不断排水，严重时水会通过水泵内部油封与柴油机油底壳机油混合，使机油稀释、乳化，造成柴油机曲轴、连杆等部件润滑和冷却不良，甚至导致大部件破损。

2 水泵密封的结构分析

内燃机车柴油机冷却水分为高、低温系统，各采用一台离心式水泵，通过柴油机曲轴齿轮驱动，实现对柴油机各部件的强制冷却及预热。水泵内部机械密封起密封作用的，是动、静环之间相对运动形成的密封膜；动环外圈橡胶座；静环与轴系的配合橡胶圈三个部位。当其中某一部位发生泄漏或破损，即造成机车冷却水泄漏，从水泵的排污孔流出。机械密封主要由静环及氟橡胶座、动环及氟橡胶波纹座、不锈钢压紧弹簧组成，几个零件在水泵运转时，密切配合。如图一所示。

图1 水泵密封结构示意图

3 水泵漏水原因分析

3.1 机车状态引起的漏水 通常内燃机车大、中修是才会对水泵进行全面的检修，由于现行机车修程规定4 个小修定检期（约为7 个月）后才进行大、中修。而据调查统计，在机车检修出厂后的首个小修定检期内发生漏水超限的情况比较多，之后随着机车使用率的频繁，各部件之间的磨合相对平稳，在使用至第二个小修定检期后，水泵漏水情况较前减少。例如：2016 年10 月份，DF8B-5092 机车低温水泵漏水，在车上表现为线状，该水泵前期因漏水刚换不到1个月。将该水泵落修后在试验台进行性能试验，未发生漏水。于是作为试验，不对该水泵进行分解检修，将其更换到另一台机车使用，装车后，发现水泵排污孔湿润，1000 r/min时，漏水3滴，按照技术标准维持使用。经过2 个月跟踪，该水泵使用情况良好，未发生严重的漏水现象。据此可以认为水泵的装车状态、机车的振动情况都可能对水泵的机械密封造成影响。

3.2 季节性漏水 由图1可以看到，因水泵内部密封件的橡胶座与冷却水直接接触，在低温季节由于热胀冷缩的原因，橡胶座发生了变形。动环橡胶座与水泵轴Φ45 mm 处为过盈配合，在起到辅助密封作用的同时还可以与轴同时转动并产生扭力，带动密封件动环产生同步运转进行工作。该橡胶圈发生变形后与水泵轴的配合不良，在高速运转状态下，势必与轴产生相对运动而起不到密封作用，同时也不能传递扭力，导致动、静环石墨面无法建立密封膜，最终密封组件失效。根据数据统计，每年冬季气温下降时，都会发生多起水泵漏水故障，落修率占全年的70%。

3.3 机械密封件不洁引起漏水 由于水泵内部机械密封原件为动态密封，密封件表面材质为石墨，当两个密封件相对运动时，机车冷却水系统内部的杂质就会夹杂在密封件的石墨面，造成石墨面的拉伤、磨损，导致密封不良。

3.4 安装不当 水泵安装到柴油机上之后，由于安装过程的一些不当操作，以及检修过程中的违反工艺检修行为，都有可能对水泵运行造成损害，最终表现为漏水现象。例如：2016 年11 月中旬，有两位职工更换水泵，跟班作业过程发现：因担心水泵进水法兰漏水，工作者先将进水法兰紧固完毕，再紧固水泵安装座，然后用手摇动水泵叶轮确认齿隙。这样的操作存在一个问题，即进水法兰紧固以后，水泵安装座与柴油机机体座会有较大的不同轴度，当最后紧固安装座时，相当于水泵被强行安装入座，水泵齿轮与柴油机过轮之间的齿隙得不到保证。同时又因工作者之间存在手感差异，仅凭转动叶轮得出齿隙是否达标的结论也会不同，这样就有可能使齿隙过大的水泵装车运用，虽然近期内不漏水，但水泵齿轮长期受到径向应力挤压，势必对整个水泵轴系、机械密封贴合状态造成影响，从而发生漏水漏油现象。

4 原因分析及改进措施

4.1 严格按照检修工艺进行组装 检修合格后的水泵在组装到柴油机车的过程中要严格执行检修工艺、质量标准及机车大修规程：水泵的驱动齿轮与柴油机过渡齿轮之间要求有0.2～0.5 mm 的齿间间隙，以保证水泵在受到驱动的过程中整个轴系不被外力挤压，使水泵的机械密封处于良好的自由密封状态，也使水泵轴承、叶轮等部件保持相对稳定；检修工作者要按照压铅法，对齿间隙进行测量；柴油机各部在组装过程中，保证各部配合尺寸达到质量要求。

4.2 加强机车维护与启动打温 季节性漏水原因与机车的使用频率有关，机车柴油机在热机情况下，水泵的机械密封可以保持相对稳定。因此，在低温季节，为保证机车柴油机各部件的正常运作，加强对机车的维护与启动打温，可以有效地提高柴油机各零部件的使用寿命。

4.3 选用优质的机械密封材质 柳州机务段2016年10月份至2017年3月份，收集了16个机械密封反馈回厂家，征求技术意见。厂家反馈了如下有用信息。

1）橡胶波纹管（机械密封动环外圈橡胶，与水泵轴配合安装部位Φ45 mm）与水泵轴接触部位在运用过程有明显的摩擦痕迹，说明轴与橡胶圈发生了相对位移、摩擦。我们分解漏水的水泵时，有些机械密封动、静环的石墨面非常光滑，观察不出有划痕磨损的迹象，但观察动环与轴配合的胶圈时，却发现一些白色物质，以及一些橡胶圈与轴摩擦后产生高温，留下的黑色块状物。此信息促使检修人员改变既往查找漏水原因只着眼石墨面是否存在拉伤、磨耗现象的做法，养成从检查动环安装座质量入手的维修习惯。

2）机械密封总成后部的弹簧是保证动、静环石墨面之间有一定的压力，高速运转时形成密封。检修时发现在弹簧后部有违反规定加装垫片的现象。由于当垫片的厚度超过1.5 mm 时，会增加动、静环之间石墨密封面的压力，导致弹簧可能形成并圈，造成密封件石墨面之间的端面压力成倍增加，使动、静环之间的摩擦力大于动环胶圈与轴的抱紧力，致使密封组件失效。因此，检修水泵时，发现动环座安装有垫片的，必须将其取消，保证水封弹簧的正常压紧力。

3）由于水封石墨表面对清洁度的要求比较高，为防止杂质进入摩擦面要重点做好两项工作：一是检修时对泵体内部进行清洁并吹扫，杜绝使用抹布或手触摸机械密封石墨面；二是机车中修时对水系统的管路内部进行全面清洗，同时做好预防异物掉入管路的防护。

4）选用合适的机械密封静环。水泵发生漏水后，经分解发现静环面划痕有不规则，偏磨等现象，为此，选用了石墨面较宽的改进型静环。如图2所示。

图2 改进前后的机械密封静环实物图

5 结束语

内燃机车水泵漏水是长期影响机车质量的问题之一。本文提出的措施、建议付诸实施后水泵漏水现象得到一定改善，说明严格按照机车保养要求和检修工艺进行检修既是必要的也是有效的。但因水泵设计存在局限性和机械型密封原件在运用过程受综合因素影响的复杂性，要做到完全密封还需进一步探索与实践。