探討核電廠軸承補(bǔ)脂間隔和加脂量

何 亮，馬紅軍，譚劍鋒

（廣研檢測(cè)（廣州）有限公司，廣東廣州 510700）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)核電行業(yè)已有30 余年的發(fā)展歷程，隨著科技發(fā)展和設(shè)備的更新?lián)Q代，對(duì)核電運(yùn)維的要求逐步提升。

因?yàn)楹税踩闹匾裕偌由显O(shè)備零部件因磨損失效占比高達(dá)80%，50%以上的機(jī)械裝備的惡性事故都源于潤(rùn)滑失效和過(guò)度磨損[1]，有效的設(shè)備潤(rùn)滑維保尤為關(guān)鍵。目前，核電廠設(shè)備潤(rùn)滑維護(hù)管理基本以操作規(guī)程文件進(jìn)行定期維護(hù)，屬于計(jì)劃性維修，大部分用脂設(shè)備的補(bǔ)脂周期和補(bǔ)脂量均參照設(shè)備廠商提供的設(shè)備運(yùn)行與維修手冊(cè)執(zhí)行，未考慮設(shè)備工況及所處環(huán)境，缺乏科學(xué)性。

近些年致力于提升核電廠的設(shè)備潤(rùn)滑管理，對(duì)于核電廠的補(bǔ)脂周期和補(bǔ)脂量進(jìn)行了相關(guān)研究，以實(shí)現(xiàn)脂潤(rùn)滑設(shè)備精準(zhǔn)潤(rùn)滑，保障核電廠設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1 補(bǔ)脂間隔選擇

如同商品有保質(zhì)期一樣，潤(rùn)滑脂也是有使用壽命的，主要由于剪切作用和老化，其潤(rùn)滑性能會(huì)隨著設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行中逐漸降低，在使用過(guò)程中金屬磨料也會(huì)逐漸增多。因此，在多數(shù)情況下必須隔一定時(shí)間進(jìn)行加脂。實(shí)際上補(bǔ)脂間隔需要考慮的因素較多，主要因素有如下8 個(gè)。

1.1 確定軸承型號(hào)

不同的設(shè)備在特定工況會(huì)使用不同黏度的潤(rùn)滑劑，同樣軸承的構(gòu)造及環(huán)境也會(huì)影響軸承的加脂量和補(bǔ)脂周期。軸承的種類有很多，按照摩擦方式可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，而滾動(dòng)軸承大部分是采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，所以首先需要確定軸承的類型。決定補(bǔ)脂間隔的主要參數(shù)有軸承轉(zhuǎn)速n、軸承的外徑D、內(nèi)徑d和寬度B 等。

1.2 溫度

溫度是影響潤(rùn)滑脂性能的非常重要的因素，潤(rùn)滑脂會(huì)因溫度的上升而加速老化。溫度對(duì)于潤(rùn)滑脂的流動(dòng)性具有很大影響，溫度升高，潤(rùn)滑脂變軟，使得潤(rùn)滑脂附著性能降低而易于流失。另外，在較高溫度下潤(rùn)滑脂的蒸發(fā)損失增大，氧化變質(zhì)與凝縮分油現(xiàn)象嚴(yán)重。在溫度下降時(shí)潤(rùn)滑脂硬度會(huì)增加，影響正常輸送，造成潤(rùn)滑脂不能及時(shí)到達(dá)潤(rùn)滑點(diǎn)，設(shè)備冷啟動(dòng)時(shí)缺乏潤(rùn)滑。

研究表明，軸承工作溫度超過(guò)70 ℃時(shí)，每升高15 ℃補(bǔ)脂間隔周期將減半，一般情況下補(bǔ)脂間隔時(shí)間不超過(guò)30 000 h。

1.3 水分

潤(rùn)滑脂中過(guò)多的水分將嚴(yán)重影響設(shè)備的潤(rùn)滑效果，必須將脂中水分含量控制在盡可能低的程度。當(dāng)設(shè)備受到水分影響時(shí)，應(yīng)比理想的補(bǔ)脂周期更為頻繁地對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，以降低油膜強(qiáng)度被破壞、潤(rùn)滑脂流失的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 振動(dòng)

一般的振動(dòng)不會(huì)對(duì)油脂壽命有太大影響，但劇烈的振動(dòng)和沖擊（如礦山設(shè)備）可能導(dǎo)致潤(rùn)滑脂乳化。在這種情況下應(yīng)縮短補(bǔ)充潤(rùn)滑間隔。如果潤(rùn)滑脂變得太軟，就應(yīng)使用機(jī)械穩(wěn)定性好或更高稠度的潤(rùn)滑脂。

1.5 負(fù)載

設(shè)備軸承起到支撐、固定和傳遞力矩等作用，而軸承摩擦副之間依靠油膜減少摩擦，油膜的厚度將直接影響它們的傳動(dòng)效率。故當(dāng)設(shè)備運(yùn)行負(fù)載較大時(shí)，應(yīng)該適當(dāng)減少補(bǔ)脂周期的間隔，以保證一定強(qiáng)度的油膜，降低摩擦、減少磨損；當(dāng)設(shè)備運(yùn)行負(fù)載較輕時(shí)，理應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)補(bǔ)脂周期，降低能耗、節(jié)約成本。

1.6 粉塵

粉塵一般來(lái)自于外界，當(dāng)設(shè)備密封性不好或一些長(zhǎng)期露天的設(shè)備會(huì)受粉塵影響較大。有無(wú)粉塵屬于污染因素一種，長(zhǎng)期存在可能會(huì)使?jié)櫥瑒┑酿ざ仍龃蠡驕p少，從而引起磨損破壞、導(dǎo)致密封失效等危害。在這種情況下，潤(rùn)滑脂會(huì)因異物入侵造成機(jī)械剪切作用不斷地消耗，故應(yīng)在必要時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)脂。

1.7 軸承安裝位置

一般軸承安裝位置有水平安裝、垂直安裝及45°安裝3 種方式。安裝位置對(duì)軸承的加脂量有小幅影響，因?yàn)闈?rùn)滑脂在隨設(shè)備運(yùn)行時(shí)會(huì)受到不同方向的力作用，造成不一樣的消耗。與其他兩種方式相比，垂直安裝（即臥式安裝）的補(bǔ)脂周期較短。

1.8 軸承補(bǔ)脂周期計(jì)算

根據(jù)以上因素分析，得出了一個(gè)計(jì)算軸承在首次加脂之后的補(bǔ)脂間隔的經(jīng)驗(yàn)公式。因受到以上因素影響，故給上述條件設(shè)置一個(gè)波動(dòng)的系數(shù)范圍（0.1～1.0），從而得到不同的補(bǔ)脂間隔。補(bǔ)脂間隔T 與軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和環(huán)境條件有關(guān)。

式中 K——大因子，K=Ft×Fc×Fm×Fv×Fp×Fd

n——轉(zhuǎn)速，r/min

d——軸承內(nèi)徑，mm小因子Ft、Fc、Fm、Fv、Fp和Fd等，受設(shè)備工況和安裝位置影響而選擇不同值（表1）。

表1 因子與不同條件狀況分類選擇系數(shù)

核電廠部分設(shè)備是停機(jī)切換運(yùn)行或運(yùn)行時(shí)間間隔極短，這種加脂情況下：如果設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間沒(méi)有達(dá)到連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的補(bǔ)脂間隔時(shí)間，其補(bǔ)脂間隔應(yīng)為一年一次或大修時(shí)候加一次脂；如果大于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的補(bǔ)脂間隔時(shí)間，則按正常補(bǔ)脂周期進(jìn)行加脂維護(hù)。

2 加脂量的核算

2.1 加脂量對(duì)軸承的影響

加脂量的多少會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行：量加多了，不利于散熱，引起局部高溫，降低潤(rùn)滑脂的使用壽命；量少了，則不足以形成潤(rùn)滑油膜，不能及時(shí)對(duì)設(shè)備摩擦副形成潤(rùn)滑保護(hù)，造成設(shè)備的磨損。圖1 為不同加脂量情況對(duì)軸承溫度的影響：圖1a）為正確的加脂量，剛開始填充的時(shí)候溫度逐漸上升，但軸承內(nèi)潤(rùn)滑脂分散均勻后溫度恢復(fù)至原始狀態(tài)，隨后趨于平穩(wěn)；圖1b）為加脂量不足情況，隨著設(shè)備的運(yùn)行，潤(rùn)滑脂在消耗和揮發(fā)，最初有短暫的溫度下降，但由于潤(rùn)滑不足，兩摩擦副之間摩擦增大，溫度會(huì)逐漸上升；圖1c）為加脂量過(guò)多的情況，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因潤(rùn)滑脂過(guò)度攪拌和混合摩擦，溫度將會(huì)逐漸上升，直到到達(dá)一個(gè)平衡條件。但過(guò)多的潤(rùn)滑脂易造成無(wú)法散熱，溫度不會(huì)降低。

圖1 加脂量與軸承運(yùn)行溫度關(guān)系

2.2 軸承加脂量計(jì)算

2.2.1 初次加脂

使用軸承座的情況下，初次潤(rùn)滑時(shí)建議對(duì)軸承（軸承內(nèi)外圈）進(jìn)行100%的潤(rùn)滑脂填充，軸承座內(nèi)的自由空間填充30%～50%。當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速小于1500 r/min 時(shí)，填充量為軸承自由空間體積的40%～50%，其余部位加滿；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于3000 r/min 時(shí)，填充量為軸承自由空間體積的20%～30%，其余部位加滿。

2.2.2 定期加脂

軸承在首次加脂后，定期潤(rùn)滑維護(hù)是設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵，近年來(lái)總結(jié)出一套加脂補(bǔ)充公式：一是從軸承的一端（側(cè)面）補(bǔ)脂，補(bǔ)脂量為G=0.005D×B；二是從軸承的中間補(bǔ)脂，補(bǔ)脂量為G=0.002D×B。

核電廠的維護(hù)大多數(shù)是以大綱計(jì)劃周期進(jìn)行潤(rùn)滑維護(hù)，只要到時(shí)間即加脂，無(wú)論設(shè)備是否持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)或停機(jī)切換運(yùn)轉(zhuǎn)等情況。這種情況往往需要更精準(zhǔn)的加脂量才能保證核電廠的安全和可靠性，故認(rèn)為可以通過(guò)文獻(xiàn)[2]中所提的計(jì)算方式和結(jié)合核電廠補(bǔ)加脂間隔，對(duì)應(yīng)選擇公式中G 的系數(shù)X 值，具體可選0.002、0.003、0.004（分別對(duì)應(yīng)每周、每月、每年補(bǔ)充潤(rùn)滑周期的加脂量）。對(duì)于放置大于兩年以上的不運(yùn)行軸承，建議的補(bǔ)充潤(rùn)滑量為Q=0.01×D×B。通過(guò)此方式計(jì)算出理論值后，再考慮實(shí)際操作性，適當(dāng)增加補(bǔ)脂量即可，從而得到加脂量Q1。但根據(jù)核電廠的特殊性，設(shè)備有連續(xù)運(yùn)行和中間停機(jī)切換（不連續(xù)）運(yùn)轉(zhuǎn)兩種條件，故加脂量可以分兩種情況來(lái)確定。

（1）對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量確認(rèn)。假設(shè)某電廠的原始加脂量為Q2，若-5 g≤Q1-Q2≤5 g，最終加脂量為原始加脂量Q2，保持原來(lái)值不變；否則以加脂值Q1為主，再和核電廠實(shí)際情況作微調(diào)。

（2）對(duì)于中間停機(jī)切換（不連續(xù)）運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量確認(rèn)。以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量為基準(zhǔn)，先加其80%左右，觀察溫度情況，再補(bǔ)加，如無(wú)異常，按正常加脂補(bǔ)完。

3 結(jié)論和建議

由于核電廠對(duì)安全性的要求特別高，所以對(duì)核電廠設(shè)備的潤(rùn)滑要做得更精細(xì)和更精準(zhǔn)，才能更好地維護(hù)核電廠的設(shè)備安全性。核電廠有必要加強(qiáng)潤(rùn)滑精準(zhǔn)化，確保不同文件（設(shè)備運(yùn)維手冊(cè)、潤(rùn)滑程序、大綱計(jì)劃）潤(rùn)滑信息的準(zhǔn)確（如補(bǔ)脂間隔、補(bǔ)加脂量)。但不能僅僅通過(guò)理論經(jīng)驗(yàn)計(jì)算，還需要依靠現(xiàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)不斷實(shí)踐、改善、更新。只有理論和實(shí)踐結(jié)合為一體，核電廠軸承的潤(rùn)滑加脂優(yōu)化才更有意義。