消防穩(wěn)壓泵軸承溫度高的原因分析及處理

方小峰，王志松，駱祖春

（江蘇核電有限公司，江蘇連云港 222042）

1 消防穩(wěn)壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介

田灣核電站消防系統(tǒng)用于每個(gè)建筑物的電纜間、汽輪機(jī)廠房充油設(shè)備間和柴油發(fā)電機(jī)房燃油、充油設(shè)備間的自動(dòng)滅火。系統(tǒng)在未發(fā)生火災(zāi)時(shí)處于應(yīng)急待命狀態(tài)，穩(wěn)壓泵用于維持消防系統(tǒng)恒壓，確保系統(tǒng)在進(jìn)入被保護(hù)房間的管線上的閥前充滿壓力水（約0.97 MPa）。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，根據(jù)被保護(hù)房間的火災(zāi)信號(hào)，水噴霧主泵自動(dòng)啟動(dòng)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)停運(yùn)。

2 故障描述

2014 年5 月28 日，維修人員對(duì)穩(wěn)壓泵進(jìn)行大修后的品質(zhì)再鑒定，在啟泵后的2 min 內(nèi)，泵自由端軸承溫度由啟泵前的30 ℃快速上升到75 ℃，由于軸承溫度在較短的時(shí)間內(nèi)急劇上升，同時(shí)伴隨泵運(yùn)行聲音較大、振動(dòng)值升高現(xiàn)象，判斷該泵運(yùn)行狀態(tài)異常，采取手動(dòng)停泵方式將該泵緊急停運(yùn)，并重新隔離檢查。

該泵在日常運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)軸承故障，其中主要故障形式為軸承溫度高、溫度波動(dòng)。

3 故障分析及處理

通過對(duì)泵的解體檢查，導(dǎo)致本次滾動(dòng)軸承溫度短時(shí)間內(nèi)急劇升高的原因有以下4 個(gè)：①角接觸球軸承安裝方式錯(cuò)誤；②轉(zhuǎn)子與軸承室同心度不好；③軸承潤(rùn)滑脂添加過量；④軸向補(bǔ)償間隙的調(diào)整方式不當(dāng)。

3.1 角接觸球軸承安裝方式錯(cuò)誤

消防穩(wěn)壓泵軸承組件采用一端固定、一端游動(dòng)的軸向定位方式。在其支承結(jié)構(gòu)中，一個(gè)支點(diǎn)選用成對(duì)面對(duì)面安裝（正裝）的向心角接觸球軸承進(jìn)行雙向固定，用于承受徑向和較大的軸向載荷；另一個(gè)支點(diǎn)選用圓柱滾子軸承，可以作軸向移動(dòng)，用于承受較大的徑向載荷。

維修人員對(duì)泵解體后發(fā)現(xiàn)，軸承組件與裝配圖紙有所區(qū)別，兩個(gè)本來應(yīng)該成對(duì)面對(duì)面安裝（正裝）的向心角接觸球軸承，被誤裝成背靠背（反裝）式。

3.1.1 正確安裝方式介紹

向心角接觸球軸承有兩種常見的成對(duì)安裝方式：外圈窄邊相對(duì)，軸的實(shí)際支撐點(diǎn)偏向兩支點(diǎn)內(nèi)側(cè)的正裝（面對(duì)面）；外圈窄邊相背，軸的實(shí)際支撐點(diǎn)偏向兩支點(diǎn)外側(cè)的反裝（背靠背）。但這兩種安裝方式有一個(gè)共同點(diǎn)，必須以寬面進(jìn)行軸向定位，避免引起附加的軸向力，而且可在兩個(gè)方向使軸限制在軸向游隙范圍內(nèi)。但換成本文論述泵型，正裝與反裝就存有較大的差異。

3.1.2 軸承正裝

兩個(gè)向心角接觸球軸承在軸上正裝，用圓螺母進(jìn)行緊固，左端軸承寬面通過調(diào)整環(huán)和彈簧卡圈進(jìn)行軸向定位，限制軸承向左運(yùn)動(dòng)；右端軸承寬面通過軸承端蓋進(jìn)行軸向定位，限制軸承向右運(yùn)動(dòng)（圖1）。當(dāng)啟泵后，在離心力的作用下將介質(zhì)從入口低壓區(qū)輸送至出口高壓區(qū)，此時(shí)由于入口和出口存在壓力差，所以將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)向左（從聯(lián)軸器指向泵入口方向）的力FA，轉(zhuǎn)子將隨著其一起向左運(yùn)動(dòng)。但此時(shí)兩個(gè)角接觸球均以寬面進(jìn)行定位，能將泵軸限制在軸承的軸向游隙范圍內(nèi)正常游動(dòng)。

圖1 消防穩(wěn)壓泵軸承正裝

3.1.3 軸承反裝

兩個(gè)向心角接觸球軸承在軸上反裝，用圓螺母進(jìn)行緊固，左端軸承窄面通過調(diào)整環(huán)和彈簧卡圈進(jìn)行軸向定位，但只能限制軸承外圈向左運(yùn)動(dòng)；右端軸承窄面通過軸承端蓋進(jìn)行軸向定位，但只能限制軸承外圈向右運(yùn)動(dòng)（圖2）。當(dāng)啟泵后，轉(zhuǎn)子在FA的作用下向左運(yùn)動(dòng)，此時(shí)軸承內(nèi)圈也將跟隨向左運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)量約3～4 mm（測(cè)量所得），由于右端軸承左面沒有軸向定位，所以也會(huì)一起整體向左運(yùn)動(dòng)。

3.1.4 軸承反裝影響

圖2 消防穩(wěn)壓泵軸承反裝

（1）當(dāng)轉(zhuǎn)子整體向左運(yùn)動(dòng)3～4 mm，泵驅(qū)動(dòng)端的圓柱滾子軸承內(nèi)圈與外圈同樣分離3～4 mm，導(dǎo)致圓柱滾子軸承內(nèi)圈與驅(qū)動(dòng)端的骨架油封發(fā)生碰磨后振動(dòng)值升高[1]，造成軸承升溫及油封損壞。

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)子整體向左竄動(dòng)3～4 mm 時(shí)，固定在軸套上的機(jī)械密封動(dòng)環(huán)座同樣向左竄動(dòng)3～4 mm，而機(jī)械密封的壓縮量約3 mm，所以此時(shí)將出現(xiàn)機(jī)械密封動(dòng)靜部分分離，造成機(jī)械密封泄漏[2]。

（3）轉(zhuǎn)子向入口方向竄動(dòng)過大，造成葉輪和入口錐筒碰磨，錐筒可能發(fā)生旋轉(zhuǎn)松動(dòng)后密封失效，入口壓力升高、出口壓力降低，造成泵振動(dòng)超標(biāo)。

（4）左端的向心角接觸球軸承內(nèi)圈向左運(yùn)動(dòng)3～4 mm 后，該軸承的徑向游隙變小，泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中將會(huì)讓軸承產(chǎn)生較大的摩擦力，并劇烈磨損，同時(shí)會(huì)帶著軸承外圈一起轉(zhuǎn)動(dòng)，造成軸承室內(nèi)孔磨損、軸承跑外圈、軸承溫度急劇升高，降低軸承使用壽命。

3.1.5 處理措施

按照?qǐng)D紙要求，將兩個(gè)向心角接觸球軸承成對(duì)面對(duì)面安裝，后續(xù)升版了維修程序，明確了兩個(gè)向心角接觸球軸承的安裝方式，并配有更醒目的軸承安裝圖。

3.2 轉(zhuǎn)子與軸承室同心度不好

3.2.1 過程概述

維修人員在執(zhí)行穩(wěn)壓泵解體大修時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)軸承室內(nèi)孔存在磨損情況。實(shí)測(cè)內(nèi)孔尺寸為120.15 mm，查詢國(guó)標(biāo)GB/T 275—1993 可知，軸承室內(nèi)孔的公差帶代號(hào)選用H7 或G7，即內(nèi)孔尺寸標(biāo)準(zhǔn)為，為了防止泵在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中滾動(dòng)軸承跑外圈，采取對(duì)軸承室內(nèi)孔進(jìn)行了車削加套處理。2014 年5 月28 日泵回裝后投運(yùn)，軸承溫度一度上升至75 ℃。

2014 年5 月28 日對(duì)泵進(jìn)行了再次解體檢查，盤動(dòng)角接觸球軸承旋轉(zhuǎn)不靈活，潤(rùn)滑脂已經(jīng)變質(zhì)，清洗軸承后檢查滾動(dòng)體有變色，內(nèi)外圈滾道有磨損痕跡。并造成軸承室內(nèi)孔磨損，對(duì)軸承室的同軸度進(jìn)行檢查，偏差超過0.40 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（≤0.025 mm）。分析認(rèn)為，受自身機(jī)加工能力所限，新加的套和軸承室同心度偏差較大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)不同心，滾動(dòng)軸承附加載荷增大，磨損加大，造成軸承溫度高。

3.2.2 處理措施

更換了軸承室和水力部件的整體備件，再次啟泵試轉(zhuǎn)，兩個(gè)角接觸球軸承處的溫度均約35 ℃，圓柱滾子軸承處的溫度約29 ℃，泵運(yùn)行參數(shù)正常，狀態(tài)良好。

3.3 軸承潤(rùn)滑脂添加過多

3.3.1 潤(rùn)滑脂添加及作用概述

滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時(shí)起到冷卻、吸震、防銹及降噪等作用。在對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂時(shí)，加得過多或過少對(duì)軸承運(yùn)行狀態(tài)均有較大影響，潤(rùn)滑脂加得過多，會(huì)引起軸承散熱空間減小，從而造成軸承溫度升高；如果潤(rùn)滑脂加得過少，則會(huì)影響其潤(rùn)滑效果、增大摩擦，也會(huì)導(dǎo)致軸承溫度升高、甚至?xí)殡S著振動(dòng)和噪聲，影響軸承的正常工作，所以在對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂時(shí)，一般不要超過軸承內(nèi)空隙的1/3～1/2。

拆卸下來的軸承組件可以看出，軸承添加的潤(rùn)滑脂（黃油）過多，軸承內(nèi)部間隙基本全部涂抹上了潤(rùn)滑脂，導(dǎo)致軸承無法正常散熱，從而造成啟泵后軸承溫度快速升高。

3.3.2 處理措施

關(guān)于軸承潤(rùn)滑脂的添加，在維修技術(shù)程序上有明確規(guī)定，軸承安裝后需涂抹好Mobil grease EP3 潤(rùn)滑脂，3#、4#軸承各需用潤(rùn)滑脂量約為70 g 和35 g。

3.4 軸向補(bǔ)償間隙調(diào)整方式不當(dāng)

3.4.1 軸向補(bǔ)償間隙調(diào)整概述

考慮到水泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸會(huì)受熱伸長(zhǎng)，所以一般在軸承壓蓋與軸承外圈端面間留有一定量的軸向補(bǔ)償間隙，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)一般要軸向補(bǔ)償間隙a＝0.15～0.30 mm（圖2）。軸向補(bǔ)償間隙最常見的調(diào)整方法為墊片調(diào)整法，如果間隙調(diào)得過小，會(huì)導(dǎo)致軸承游隙變小，溫度升高；如果間隙調(diào)得過大，會(huì)導(dǎo)致軸向竄動(dòng)和徑向跳動(dòng)增大[3]，引起振動(dòng)，軸承溫度也會(huì)升高。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，該泵通過金屬（不銹鋼）墊片對(duì)軸向補(bǔ)償間隙進(jìn)行調(diào)整，但采用的是將墊片加在右端軸承外圈端面上。由于軸承反裝，泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將金屬墊片卷入軸承外圈軌道內(nèi)，與滾動(dòng)體及保持架產(chǎn)生摩擦及卡塞現(xiàn)象，造成軸承溫度升高。

3.4.2 處理措施

檢查確認(rèn)軸承已經(jīng)安裝到位且軸承未裝反，用深度尺測(cè)量軸承室殼體端面到軸承外圈的深度L1，再測(cè)量軸承壓蓋進(jìn)入軸承室內(nèi)腔的臺(tái)階深度L2，保證L1-L2的差值在0.15～0.3 mm：差值＞0.3 mm，則車削端蓋和軸承室的結(jié)合面；差值＜0.15 mm，則在端蓋和軸承室的結(jié)合面增加墊片進(jìn)行調(diào)整。軸承室端蓋螺栓緊固完成后，打表復(fù)測(cè)泵軸竄量，應(yīng)和預(yù)留間隙保持一致。

4 驗(yàn)證及總結(jié)

經(jīng)過對(duì)本次缺陷的徹底處理，自投運(yùn)后連續(xù)觀察近半年時(shí)間，再未發(fā)生軸承溫度高或溫度波動(dòng)大的缺陷，缺陷數(shù)量大大降低，有效保證了消防系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

穩(wěn)壓泵是保證電站消防系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，本文關(guān)于消防穩(wěn)壓泵故障處理的分析總結(jié)，對(duì)今后消防系統(tǒng)穩(wěn)壓泵以及其他小型臥式離心泵的故障處理有很高的參考價(jià)值。