某核電站海水泵推力軸承溫度高故障分析及處理

尹以宣 何鵬

【摘要】某核電站1#、2#機(jī)組8臺(tái)海水泵上軸承頻繁出現(xiàn)溫度波動(dòng)，波動(dòng)幅度最高達(dá)30℃，并超過(guò)了報(bào)警值（76℃）。通過(guò)對(duì)此現(xiàn)象的分析，了解軸承溫度上升的根本原因，采取有效地措施解決上軸承溫度高的故障，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。本文通過(guò)對(duì)故障原因判斷、分析，提出解決海水泵上軸承溫度高的方法，為今后類似故障判斷提供指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】泵;軸承;溫度

1.引言

某核電站海水系統(tǒng)為重要海水冷卻系統(tǒng)，主要為電站一、二回路設(shè)備冷卻水系統(tǒng)提供冷卻源。每個(gè)機(jī)組設(shè)置4臺(tái)海水泵，在夏季需要3臺(tái)海水泵投運(yùn)才能滿足機(jī)組的冷卻要求。另外，運(yùn)行的海水泵因萬(wàn)向節(jié)聯(lián)軸器的特殊需求，每運(yùn)行兩周需要停下來(lái)添加潤(rùn)滑脂，所以在高溫季節(jié)必須保證4臺(tái)海水泵可用。自投運(yùn)以來(lái)，1#、2#號(hào)機(jī)組共8臺(tái)海水泵頻繁出現(xiàn)上軸承溫度波動(dòng)，波動(dòng)幅度最高達(dá)30℃，并超過(guò)了報(bào)警值（76℃）。盡管試圖通過(guò)增加上軸承冷卻水量來(lái)降低上軸承溫度，但是啟泵試轉(zhuǎn)后上軸承溫度仍達(dá)到68℃后發(fā)生了快速的上升現(xiàn)象，一直達(dá)到72℃停泵值（如圖1所示）。海水泵的故障嚴(yán)重影響到核電站的運(yùn)行安全，需立即進(jìn)行處理。

圖1 故障海水泵啟動(dòng)后上軸承溫度趨勢(shì)圖

2.海水泵結(jié)構(gòu)及軸承情況介紹

每臺(tái)機(jī)組設(shè)4臺(tái)并列運(yùn)行的容量為33.3%的海水泵。海水泵為立式安裝的雙吸單級(jí)泵（相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1[1]），殼體分離式離心泵，垂直安裝，單臺(tái)泵的流量為12490m3/h，揚(yáng)程為23.2m，泵體水平線低于最低海水水位，每臺(tái)泵由垂直、常速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電動(dòng)機(jī)布置位置高于正常潮位。

表1 海水泵性能參數(shù)

生產(chǎn)廠家 美國(guó)ITT A-C Custom Pump公司 流量 12，490m3/h

型號(hào) 48×42 WSDD-V型立式雙吸離心泵 轉(zhuǎn)速 596r/min

揚(yáng)程 23.3m 電功率 950KW

海水泵軸處安裝有推力軸承（相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2），上部是一對(duì)“面對(duì)面”安裝的圓錐滾子推力軸承（SKF 32232/SKF 32030 X），下部SKF 32232型軸承承受轉(zhuǎn)子的重量。其中，SKF 32030X型小軸承約束轉(zhuǎn)子向上的軸向移動(dòng)，兩個(gè)軸承面對(duì)面安裝也承受轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的徑向力。在上部推力軸承和下部徑向軸承處各裝有一電阻溫度探頭（RTD）用于監(jiān)測(cè)泵運(yùn)行時(shí)上、下軸承處的溫度。另外，在泵軸的上端部處還裝有兩個(gè)振動(dòng)測(cè)量探頭，成90°夾角布置，用于監(jiān)測(cè)泵的徑向振動(dòng)。上軸承室處安裝有冷卻水室，冷卻水源為生活水，流量通過(guò)節(jié)流孔板控制在0.2728m3/h。

表2 推力軸承參數(shù)

項(xiàng)目名稱 SKF 32232 SKF 32030 X

內(nèi)徑 160mm 150mm

外徑 290mm 225mm

基本動(dòng)載荷 880，000N 369，000N

額定轉(zhuǎn)速 1100r/min 1500r/min

潤(rùn)滑脂 Mobilux EP2

3.海水泵推力軸承溫度高的原因分析

在排除儀控設(shè)備故障和系統(tǒng)運(yùn)行影響后，從機(jī)械角度分析引起軸承溫度波動(dòng)的原因主要有以下幾個(gè)方面[2]：

3.1 軸承的裝配質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，主要集中在軸承未安裝到位。分析原因大致如下：軸承加熱溫度不夠高，軸承內(nèi)孔在軸承安裝過(guò)程中已經(jīng)冷縮，無(wú)法安裝到位。軸承內(nèi)孔、泵軸外表面或者軸肩表面有異物、毛刺，導(dǎo)致軸承無(wú)法安裝到位。軸承安裝到位后，沒(méi)有增加適當(dāng)預(yù)緊力，軸承在冷卻后，導(dǎo)致軸承和軸肩之間存在間隙。

3.2 軸承潤(rùn)滑油脂添加數(shù)量不合適。具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面：油脂量不足時(shí)，潤(rùn)滑效果差，軸承滾珠與外圈之間的摩擦力增大，產(chǎn)生的熱量增多，軸承溫度上升。油脂量過(guò)多時(shí)，軸承游隙變小，不利于散熱，且由于攪拌作用使軸承摩擦阻力加大，造成軸承溫度升高。另外，海水泵用的是Mobilux EP2潤(rùn)滑脂，該潤(rùn)滑脂是鋰基潤(rùn)滑脂，它的使用范圍-29℃～121℃，抗氧化性好，抗水性好，可使用在低溫。在較低轉(zhuǎn)速設(shè)備上使用，但它的黏度大，自流性差。從海水泵軸承室的結(jié)構(gòu)[3]（如圖2所示）來(lái)看，下部的推力軸承的潤(rùn)滑是一個(gè)被忽略的地方。如果從正常的加油孔加油，由于Moiblux EP2潤(rùn)滑脂的黏度較大，油脂將很難流到該部位。海水泵工作轉(zhuǎn)速596轉(zhuǎn)/分，它的油脂很容易在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)被壓到滾柱處，或被甩在軸承室內(nèi)壁或粘附在滾柱上，當(dāng)泵運(yùn)100小時(shí)左右，軸承潤(rùn)滑脂的損失，在將原來(lái)的良好的油膜破壞，新的潤(rùn)滑油很難流到滾珠上，容易造成軸承發(fā)熱現(xiàn)象。

圖2 海水泵上部軸承室構(gòu)造

3.3 軸承冷卻水冷卻效果差，主要原因包括：冷卻水流量不足、冷卻水管道堵塞。

3.4 軸承游隙過(guò)小。采用過(guò)盈配合會(huì)導(dǎo)致軸承游隙越小，軸承游隙過(guò)小，軸承滾珠與外圈摩擦增大，熱量產(chǎn)生增多，軸承溫度升高。

3.5 軸承潤(rùn)滑油脂選型不合適，主要表現(xiàn)在抗高溫性能差，在溫度超過(guò)100℃時(shí)，油脂粘度變小，潤(rùn)滑效果差，軸承出現(xiàn)異音或溫度升高。一般來(lái)說(shuō)，軸承設(shè)計(jì)和制造的油膜值要比實(shí)際安裝后油膜值大，這是因?yàn)檩S和軸承是過(guò)盈配合，存在著滾道和滾珠變形的情況。導(dǎo)致設(shè)計(jì)的油膜值偏小，但這個(gè)問(wèn)題在軸承經(jīng)過(guò)一段時(shí)間磨合后才能達(dá)到一種良好的動(dòng)態(tài)油膜值。

4.處理海水泵推力軸承溫度高故障的方法

4.1 確保軸承裝配到位。首先，軸承加熱溫度控制在100℃～110℃之間（SKF推薦93℃），加熱溫度不能過(guò)低，也不能過(guò)高，否則會(huì)使軸承發(fā)生退火，影響軸承的機(jī)械性能。軸承加熱期間，使用紅外測(cè)溫儀對(duì)軸承表面的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。達(dá)到規(guī)定溫度時(shí)，快速將軸承安裝至規(guī)定位置上，并隨之安裝鎖緊螺母，以便在軸承冷卻前給軸承施加一定的預(yù)緊力。由于海水泵萬(wàn)向節(jié)軸安裝時(shí)偏心值接近于0，此海水泵電機(jī)推力軸承按只承受軸向載荷考慮，故鎖緊螺母的最小軸向預(yù)緊力≥10296N[4]。

4.2 確保軸承的裝配游隙在0.20～0.23mm。根據(jù)廠家維修說(shuō)明書(shū)，更換上部推力軸承后，控制裝配游隙在0.18～0.23mm，但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，若游隙為0.18mm，軸承運(yùn)行后溫度相對(duì)較高，在環(huán)境溫度升高的情況下，軸承溫度還是可能存在過(guò)熱的情況。所以，游隙盡量控制在0.20～0.23mm，但不能超過(guò)0.23mm，否則，泵運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著軸承磨損加重，游隙會(huì)逐步增加，將可能導(dǎo)致泵運(yùn)行出現(xiàn)異音，也不利于泵正常運(yùn)行。

4.3 增加上部軸承冷卻水流量。因?yàn)樵O(shè)計(jì)原因，冷卻水室結(jié)構(gòu)不容易改變，但現(xiàn)場(chǎng)可以在冷卻水管出口加裝一個(gè)節(jié)流孔板，以增加冷卻水在冷卻水室內(nèi)的停留時(shí)間，間接增加冷卻水流量，改善冷卻效果，及時(shí)帶走軸承運(yùn)行產(chǎn)生的溫度，進(jìn)一步降低軸承溫度。

4.4 選擇適當(dāng)?shù)挠椭愋停⒋_保油脂添加適量。根據(jù)廠家說(shuō)明書(shū)，該泵的潤(rùn)滑油脂應(yīng)該選擇Mobilux EP2。該潤(rùn)滑脂是鋰基潤(rùn)滑脂，其使用溫度范圍為-29℃～121℃，抗氧化性好，抗水性好，可使用在低溫，且EP2潤(rùn)滑油在高溫不會(huì)發(fā)生油脂變稀液化現(xiàn)象，容易建立運(yùn)行良好的油膜。同時(shí)在，在潤(rùn)滑脂填充量上也要特別注意。油脂填充量一般按轉(zhuǎn)速確定，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于1500rpm時(shí)潤(rùn)滑脂填充量為軸承室容積的2/3;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在1500～3000rpm時(shí)潤(rùn)滑脂填充量為軸承室容積的1/2;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在大于3000rpm時(shí)潤(rùn)滑脂填充量為軸承室容積的1/3。因海水泵工作轉(zhuǎn)速596轉(zhuǎn)/分，所以，軸承室潤(rùn)滑脂填充量可控制在軸承室容積的2/3～1/2之間，大約為600g。填充時(shí)要一邊填充一邊手動(dòng)盤(pán)動(dòng)軸承或轉(zhuǎn)子以確保填充均勻。另外，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在泵復(fù)役試驗(yàn)期間，可以根據(jù)軸承運(yùn)行情況，若軸承運(yùn)行聲音不柔和，可以酌情再添加一定量的油脂，但要時(shí)刻關(guān)注軸承溫度變換情況。

5.結(jié)束語(yǔ)

按照上述方法，我們從軸承的裝配質(zhì)量、軸承游隙以及油脂添加量等幾方面加以控制，很好地解決了海水泵上軸承溫度高的故障，確保了泵的可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]呂克主編.最新國(guó)內(nèi)外軸承代號(hào)對(duì)照手冊(cè)[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

[2]黃希賢，曹占友編.泵操作與維修技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)石化出版社，2003.

[3]PUMP INSTALLATION，OPERATION & MAINT-ENANCE MANUAL（48×42）TYPE WSDD-V RAW SERVICE WATER PUMPS，ITT Industries A-C Custom Pump，1999（三期內(nèi)部資料）.

[4]田劍平.秦山三期核電站CCW泵電機(jī)及RSW泵電機(jī)推力軸承游隙調(diào)整[J].安徽電力科技信息，2007（2）.

作者簡(jiǎn)介：

尹以宣（1985—），男，安徽淮南人，中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)安徽電力建設(shè)第二工程公司助理工程師，從事核電站設(shè)備技術(shù)管理和項(xiàng)目管理。

何鵬（1973—），男，安徽巢湖人，安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，技師，從事熱力設(shè)備教學(xué)與研究。