消防稳压泵轴承温度高的原因分析及处理

2019-05-03方小峰王志松骆祖春

设备管理与维修 2019年19期

方小峰，王志松，骆祖春

（江苏核电有限公司，江苏连云港 222042）

1 消防稳压系统简介

田湾核电站消防系统用于每个建筑物的电缆间、汽轮机厂房充油设备间和柴油发电机房燃油、充油设备间的自动灭火。系统在未发生火灾时处于应急待命状态，稳压泵用于维持消防系统恒压，确保系统在进入被保护房间的管线上的阀前充满压力水（约0.97 MPa）。火灾发生时，根据被保护房间的火灾信号，水喷雾主泵自动启动，稳压泵自动停运。

2 故障描述

2014 年5 月28 日，维修人员对稳压泵进行大修后的品质再鉴定，在启泵后的2 min 内，泵自由端轴承温度由启泵前的30 ℃快速上升到75 ℃，由于轴承温度在较短的时间内急剧上升，同时伴随泵运行声音较大、振动值升高现象，判断该泵运行状态异常，采取手动停泵方式将该泵紧急停运，并重新隔离检查。

该泵在日常运行过程中多次出现轴承故障，其中主要故障形式为轴承温度高、温度波动。

3 故障分析及处理

通过对泵的解体检查，导致本次滚动轴承温度短时间内急剧升高的原因有以下4 个：①角接触球轴承安装方式错误；②转子与轴承室同心度不好；③轴承润滑脂添加过量；④轴向补偿间隙的调整方式不当。

3.1 角接触球轴承安装方式错误

消防稳压泵轴承组件采用一端固定、一端游动的轴向定位方式。在其支承结构中，一个支点选用成对面对面安装（正装）的向心角接触球轴承进行双向固定，用于承受径向和较大的轴向载荷；另一个支点选用圆柱滚子轴承，可以作轴向移动，用于承受较大的径向载荷。

维修人员对泵解体后发现，轴承组件与装配图纸有所区别，两个本来应该成对面对面安装（正装）的向心角接触球轴承，被误装成背靠背（反装）式。

3.1.1 正确安装方式介绍

向心角接触球轴承有两种常见的成对安装方式：外圈窄边相对，轴的实际支撑点偏向两支点内侧的正装（面对面）；外圈窄边相背，轴的实际支撑点偏向两支点外侧的反装（背靠背）。但这两种安装方式有一个共同点，必须以宽面进行轴向定位，避免引起附加的轴向力，而且可在两个方向使轴限制在轴向游隙范围内。但换成本文论述泵型，正装与反装就存有较大的差异。

3.1.2 轴承正装

两个向心角接触球轴承在轴上正装，用圆螺母进行紧固，左端轴承宽面通过调整环和弹簧卡圈进行轴向定位，限制轴承向左运动；右端轴承宽面通过轴承端盖进行轴向定位，限制轴承向右运动（图1）。当启泵后，在离心力的作用下将介质从入口低压区输送至出口高压区，此时由于入口和出口存在压力差，所以将会产生一个向左（从联轴器指向泵入口方向）的力FA，转子将随着其一起向左运动。但此时两个角接触球均以宽面进行定位，能将泵轴限制在轴承的轴向游隙范围内正常游动。

图1 消防稳压泵轴承正装

3.1.3 轴承反装

两个向心角接触球轴承在轴上反装，用圆螺母进行紧固，左端轴承窄面通过调整环和弹簧卡圈进行轴向定位，但只能限制轴承外圈向左运动；右端轴承窄面通过轴承端盖进行轴向定位，但只能限制轴承外圈向右运动（图2）。当启泵后，转子在FA的作用下向左运动，此时轴承内圈也将跟随向左运动，移动量约3～4 mm（测量所得），由于右端轴承左面没有轴向定位，所以也会一起整体向左运动。

3.1.4 轴承反装影响

图2 消防稳压泵轴承反装

（1）当转子整体向左运动3～4 mm，泵驱动端的圆柱滚子轴承内圈与外圈同样分离3～4 mm，导致圆柱滚子轴承内圈与驱动端的骨架油封发生碰磨后振动值升高[1]，造成轴承升温及油封损坏。

（2）当转子整体向左窜动3～4 mm 时，固定在轴套上的机械密封动环座同样向左窜动3～4 mm，而机械密封的压缩量约3 mm，所以此时将出现机械密封动静部分分离，造成机械密封泄漏[2]。

（3）转子向入口方向窜动过大，造成叶轮和入口锥筒碰磨，锥筒可能发生旋转松动后密封失效，入口压力升高、出口压力降低，造成泵振动超标。

（4）左端的向心角接触球轴承内圈向左运动3～4 mm 后，该轴承的径向游隙变小，泵在高速运转中将会让轴承产生较大的摩擦力，并剧烈磨损，同时会带着轴承外圈一起转动，造成轴承室内孔磨损、轴承跑外圈、轴承温度急剧升高，降低轴承使用寿命。

3.1.5 处理措施

按照图纸要求，将两个向心角接触球轴承成对面对面安装，后续升版了维修程序，明确了两个向心角接触球轴承的安装方式，并配有更醒目的轴承安装图。

3.2 转子与轴承室同心度不好

3.2.1 过程概述

维修人员在执行稳压泵解体大修时，检查发现轴承室内孔存在磨损情况。实测内孔尺寸为120.15 mm，查询国标GB/T 275—1993 可知，轴承室内孔的公差带代号选用H7 或G7，即内孔尺寸标准为，为了防止泵在高速运转中滚动轴承跑外圈，采取对轴承室内孔进行了车削加套处理。2014 年5 月28 日泵回装后投运，轴承温度一度上升至75 ℃。

2014 年5 月28 日对泵进行了再次解体检查，盘动角接触球轴承旋转不灵活，润滑脂已经变质，清洗轴承后检查滚动体有变色，内外圈滚道有磨损痕迹。并造成轴承室内孔磨损，对轴承室的同轴度进行检查，偏差超过0.40 mm，远远大于国家标准（≤0.025 mm）。分析认为，受自身机加工能力所限，新加的套和轴承室同心度偏差较大，导致转子旋转不同心，滚动轴承附加载荷增大，磨损加大，造成轴承温度高。

3.2.2 处理措施

更换了轴承室和水力部件的整体备件，再次启泵试转，两个角接触球轴承处的温度均约35 ℃，圆柱滚子轴承处的温度约29 ℃，泵运行参数正常，状态良好。

3.3 轴承润滑脂添加过多

3.3.1 润滑脂添加及作用概述

滚动轴承润滑的主要目的是减少摩擦与磨损，同时起到冷却、吸震、防锈及降噪等作用。在对轴承添加润滑脂时，加得过多或过少对轴承运行状态均有较大影响，润滑脂加得过多，会引起轴承散热空间减小，从而造成轴承温度升高；如果润滑脂加得过少，则会影响其润滑效果、增大摩擦，也会导致轴承温度升高、甚至会伴随着振动和噪声，影响轴承的正常工作，所以在对轴承添加润滑脂时，一般不要超过轴承内空隙的1/3～1/2。

拆卸下来的轴承组件可以看出，轴承添加的润滑脂（黄油）过多，轴承内部间隙基本全部涂抹上了润滑脂，导致轴承无法正常散热，从而造成启泵后轴承温度快速升高。

3.3.2 处理措施

关于轴承润滑脂的添加，在维修技术程序上有明确规定，轴承安装后需涂抹好Mobil grease EP3 润滑脂，3#、4#轴承各需用润滑脂量约为70 g 和35 g。

3.4 轴向补偿间隙调整方式不当

3.4.1 轴向补偿间隙调整概述

考虑到水泵运转时轴会受热伸长，所以一般在轴承压盖与轴承外圈端面间留有一定量的轴向补偿间隙，俄罗斯标准一般要轴向补偿间隙a＝0.15～0.30 mm（图2）。轴向补偿间隙最常见的调整方法为垫片调整法，如果间隙调得过小，会导致轴承游隙变小，温度升高；如果间隙调得过大，会导致轴向窜动和径向跳动增大[3]，引起振动，轴承温度也会升高。

现场检查发现，该泵通过金属（不锈钢）垫片对轴向补偿间隙进行调整，但采用的是将垫片加在右端轴承外圈端面上。由于轴承反装，泵运转时将金属垫片卷入轴承外圈轨道内，与滚动体及保持架产生摩擦及卡塞现象，造成轴承温度升高。

3.4.2 处理措施

检查确认轴承已经安装到位且轴承未装反，用深度尺测量轴承室壳体端面到轴承外圈的深度L1，再测量轴承压盖进入轴承室内腔的台阶深度L2，保证L1-L2的差值在0.15～0.3 mm：差值＞0.3 mm，则车削端盖和轴承室的结合面；差值＜0.15 mm，则在端盖和轴承室的结合面增加垫片进行调整。轴承室端盖螺栓紧固完成后，打表复测泵轴窜量，应和预留间隙保持一致。