HXN3B型机车柴油机高、低温水泵漏水故障原因 分析
摘要
HXN3B型机车运用中不断发生柴油机高、低温水泵漏水故障，严重影响了机车正常运用，扰乱机务段正常运输生产秩序，损害公司产品质量声誉。经过对机车在机务段的运行情况统计，对故障水泵进行拆解分析，采取改进高、低温水泵水封结构和材质的方案，有效控制水泵漏水故障。
关键词：高、低温水泵 58U型机械密封 95型石墨型水封
1、问题的提出
中车大连机车车辆有限公司生产的HXN3B型4400马力交流传动调车内燃机车共计116台，配属6个铁路局，13个机务段，2015年4月陆续到段，担当调车牵引任务。机车运用中，多次发生高、低温水泵漏水故障，截止2016年4月中旬，已发生17件水泵漏水故障，其中高温水泵漏水故障13件，低温水泵漏水故障4件。严重影响了机车的正常运用，扰乱机务段正常运输生产秩序，损害公司产品质量声誉。为此，水泵问题成了迫切需要解决的课题。
2、原因分析
2.1、水泵的结构（高、低温水泵结构基本相似）。
高、低温水泵结构见图1，水泵轴在中间，左边是泵壳和叶轮，右边是轴承支架和齿轮。两个自润滑轴承作为水泵轴的支撑，保证水泵轴平稳的工作。叶轮和轴承支架之间的水泵轴上安装水封
图1高、低温水泵结构
116台HXN3B型机车出厂时均安装重庆跃进机械厂有限公司国产化后的水泵，水封采用58U型机械密封（见图2、3）。
图2 58U型机械密封图 图3 58U型机械密封实物
2.2、故障水泵拆解分析
2015年12月，配属郑州北、长治北、济南段的HXN3B型机车出现多台高、低温水泵漏水故障。
为分析漏水的原因，我公司联合重庆跃进机械厂有限公司对高温水泵和低温水泵进行拆卸检验和分析。下面以2台高温水泵拆检为例，再现水泵的拆检过程，并就出现的现象进行分析。
2.2.1、水泵水封动环卡滞：
拆解编号为201407018的高温水泵，拆解水泵泵体、泵壳、叶轮，并拆卸轴封后，检查泵体、壳体，叶轮轴承等部件无异常，进一步检查发现在水泵水封动环、静环内部及表面布满水垢，手动对轴封动环进行压缩，发现存在严重的卡滞现象。抖动轴封动环，许多水垢掉落下来（见图4、5）。
图4 水封静环表面水垢 南阳水氢发动机图5水封动环表面水垢
因此，分析为水泵使用一段时间后，冷却水介质内存在大量的水垢，水垢堆积在58U轴封动环内部和周围造成动环卡滞，无法补偿，动环和静环密封无法贴紧，导致密封失效，水泵漏水。
2.2.2密封圈被磨损
拆解编号为201408032的高温水泵，拆解水泵泵体、泵壳、叶轮，并拆卸轴封后，检查泵体、壳体，叶轮轴承等部件无异常，进一步检查动环、静环内部有水垢，但是静环、动环密封面完好，轴封的密封面没有漏水，动环无卡滞等现象，而是动环的密封圈失效，造成轴向漏水。
拆卸密封圈（O形密封圈），将密封圈清洗干净后，仔细观察，发现：密封圈的内表面出现缺口和表面磨损痕迹，进一步证明了该水泵是由于密封圈失效，造成水泵漏水。
为了验证漏水的原因，将轴封复原，对水泵进行台架试验，水泵出现漏水。拆卸水泵和轴封，用一个新的密封圈更换原密封圈，重新装配和进行台架试验。水泵额定工况下连续运行1h，水泵没有发现漏水现象，因此，证明是了密封圈失效造成水泵漏水。
因此分析为水垢在密封圈处凝结成块，硬度升高，密封圈与之出现摩擦，在水流冲击和机械振动影响下，摩擦不断反复，造成密封圈被磨损、破坏，最终密封失效，水泵漏水。这种情况应是在特定条件下才能出现，因此，不可能存在批量出现的可能性。
2.3水泵拆解分析总结
为进一步验证高、低水泵漏水原因，继续拆解多台水泵（编号分别为：201503101、201408041、201404055、201511014），拆解发现故障水泵水封出现的情况与上述高温水泵（编号：201407018）出现的情况基本一致。因此分析认为HXN3B型机车水泵使用一段时间后，水垢堆积在58U轴封动环内部和周围，造成动环卡滞，无法补偿，动环和静环密封无法贴紧，导致密封失效，水泵漏水。这是目前58U轴封漏水的主要表现形式，密封圈失效或密封面破损，造成水泵漏水，仍属于极少数。
3、水泵整改方案
从目前来看，介质内存在水垢的情况无法得到根本改善，58U型水封结构紧凑，轴封在使用时，易造成水垢堆积，导致动环卡滞，无法补偿，造成动环和静环密封无法贴紧，密封失效，水泵漏水。因此，只有通过改变轴封的结构，适应多水垢的使用环境，达到降低水泵的漏水概率的目的。
所 以，计划采用新结构95石墨型水封水泵代替58U水封，（新水泵水封结构见图6、7）。目前95石墨轴封水泵的型式试验已完成，正在装车试验，待运用考核工作结束后，我司将对在段使用的58U轴封逐渐更换成95石墨轴封。
图695石墨型水封图 图7 95石墨型水封实物
采用95型石墨型水泵有以下优点：
动环开式波纹管，抗杂质干扰性强；具有较强抗冲击性；石墨材质软，发热量低，自润滑性好。
4、整改效果
经过与配属HXN3B型机车的机务段进行协商，目前，我公司结合现在现场高、低温水泵漏水故障情况，使用95型石墨水封水泵更换故障的58U水封水泵，截止2016年4月中旬，HXN3B型机车已更换8台水泵。待运用报告完成后，我公司将进行批量整改。
更换新水泵后未再出现漏水故障。跟踪运用效果良好。按此方案进行推广整改，解决了柴油
机高、低温水泵口水问题，杜绝因此发生的机破和造成的经济损失，确保机务段正常运输生产秩序，维护公司产品质量声誉和经济利益。
参考文献：
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孙杰.内燃机车水泵漏水故障分析与对策[J]铁道运营技术.2019.04.18
2.
孙旭.浅析HXN3型交流内燃机车冷却水系统压力低的原因及处理方法[J]科学技术创新.2019.11.05