孫　明　趙光龍

（中國(guó)石油吉林石化公司動(dòng)力一廠(chǎng)，吉林 吉林 132021）

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凝結(jié)水泵軸承過(guò)熱原因淺析

孫明趙光龍

（中國(guó)石油吉林石化公司動(dòng)力一廠(chǎng)，吉林 吉林 132021）

摘 要：針對(duì)2015年以來(lái)工廠(chǎng)2號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)凝結(jié)水泵頻繁因軸承過(guò)熱而被迫停泵檢修的問(wèn)題，對(duì)軸承過(guò)熱原因加以分析，并提出相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞：凝結(jié)水泵；軸承過(guò)熱；軸承游隙；潤(rùn)滑

一、凝結(jié)水泵故障情況

2015年度，工廠(chǎng)2號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)凝結(jié)水泵頻繁因軸承過(guò)熱而被迫停泵檢修，不僅耗費(fèi)了大量人力、物力，也給汽輪機(jī)的安全運(yùn)行帶來(lái)了巨大風(fēng)險(xiǎn)。截止到11月8日，2號(hào)機(jī)1#凝結(jié)水泵檢修10次，2#凝結(jié)水泵檢修4次，共計(jì)14次。3號(hào)機(jī)1#凝結(jié)水泵檢修7次，2#凝結(jié)水泵檢修14次，共計(jì)21次。

凝結(jié)水泵型號(hào)為8NL-12，流量160t/h，揚(yáng)程122m，轉(zhuǎn)速2950r/min，電機(jī)型號(hào)為J02-93-2L3，軸功率83.3kW。

如圖1所示，凝結(jié)水泵均為立式安裝，腰部安裝兩個(gè)7312滾珠軸承，并采用二硫化鉬進(jìn)行非強(qiáng)制潤(rùn)滑。由于凝結(jié)水泵輸送的介質(zhì)為飽和狀態(tài)的凝結(jié)水，水源來(lái)自于汽輪機(jī)凝汽器熱水井，水溫28～49℃，凝汽器真空為-0.0865～-0.098MPa，所以凝結(jié)水泵極易汽化。為了防止凝結(jié)水泵汽化，設(shè)計(jì)時(shí)采用降低安裝高度的方法進(jìn)行了補(bǔ)償，所以凝結(jié)水泵安裝于地坑中。凝結(jié)水泵密封方式為傳統(tǒng)的填料密封，為了防止密封不嚴(yán)導(dǎo)致空氣漏入泵體內(nèi)部，還增設(shè)了密封水系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)。

圖1　凝結(jié)水泵

二、原因分析

一個(gè)物體溫度升高的原因有兩種，一是熱量傳遞，二是做功。

實(shí)現(xiàn)熱量傳遞，必須有高溫?zé)嵩?，凝結(jié)水泵周?chē)母邷責(zé)嵩从校涵h(huán)境溫度、凝結(jié)水溫度、電機(jī)溫度，但凝結(jié)水泵軸承溫度最高可達(dá)90℃以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于上述三個(gè)高溫?zé)嵩吹臏囟?，因此，熱量傳遞的原因可以排除。而另一個(gè)原因，就是做功，即摩擦生熱。

2.機(jī)械原因分析

離心泵軸承過(guò)熱的原因有以下幾種。

（1）潤(rùn)滑油脂過(guò)少，軸承因缺少潤(rùn)滑而產(chǎn)生“干磨”現(xiàn)象，導(dǎo)致軸承溫度迅速升高。但凝結(jié)水泵歷經(jīng)多次檢修，每次拆解軸承時(shí)，都未發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油脂缺失現(xiàn)象，因此潤(rùn)滑油脂過(guò)少原因可以排除。

（2）潤(rùn)滑油脂過(guò)多，影響軸承散熱，由于潤(rùn)滑油脂的導(dǎo)熱系數(shù)比金屬低很多，如果潤(rùn)滑油脂過(guò)多，會(huì)影響軸承的散熱效果。

（3）潤(rùn)滑油脂中混入雜質(zhì)，在檢修或運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油脂中混入鐵屑、水等雜質(zhì)，會(huì)影響軸承的潤(rùn)滑效果。

1.2.3 教學(xué)滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)。采用問(wèn)卷調(diào)查表進(jìn)行教學(xué)滿(mǎn)意度評(píng)價(jià)，分為非常滿(mǎn)意，滿(mǎn)意和不滿(mǎn)意3項(xiàng)，每人只能選擇一項(xiàng)，未選或多選者視為無(wú)效，將被剔除。

（4）軸承與軸承壓蓋間隙過(guò)大，運(yùn)行過(guò)程中，軸承與軸承體之間產(chǎn)生碰撞、摩擦，從而產(chǎn)生大量熱量。

（5）軸承壓蓋壓得過(guò)緊，軸承內(nèi)沒(méi)有間隙，軸承因高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大量摩擦熱，導(dǎo)致軸承溫度升高。

（6）軸承損壞，運(yùn)行過(guò)程中軸承外環(huán)與軸承壓蓋產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，有摩擦熱產(chǎn)生。檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋內(nèi)有磨痕，且運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)實(shí)地測(cè)量發(fā)現(xiàn)，上軸承溫度比下軸承溫度高，2015年7月29日，實(shí)測(cè)上軸承溫度為73℃左右，下軸承溫度為57℃。

（7）電機(jī)與水泵轉(zhuǎn)子中心線(xiàn)偏移，軸承外環(huán)與軸承壓蓋局部摩擦，導(dǎo)致溫度升高。

（8）軸承游隙過(guò)小，軸承的游隙對(duì)軸承的載荷分布、振動(dòng)、噪聲、摩擦、使用壽命和機(jī)械的運(yùn)動(dòng)精度等有很大的影響。由于游隙是決定軸承能否正常工作的一個(gè)重要因素。選擇適宜的軸承游隙，可以使載荷在滾動(dòng)體之間合理分布；能限制軸或外殼的軸向和徑向位移以保證軸的旋轉(zhuǎn)精度；使軸承在要求的溫度下能正常工作；可減少軸承工作時(shí)的振動(dòng)和噪聲等。因此，為保證軸承的正常工作，必須根據(jù)使用條件，選擇適宜的軸承游隙（圖2）。使用經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于球軸承最適宜的工作游隙近似為零；對(duì)于滾子軸承最適宜的工作狀況應(yīng)保持少量的工作游隙。在要求支承剛性良好的部件中（例如機(jī)床主軸），也可以有一定數(shù)值的預(yù)緊，少量的預(yù)載荷對(duì)軸承沒(méi)有損傷性的影響。

圖2　軸承游隙示意圖

3.設(shè)計(jì)原因分析

凝結(jié)水泵為立式水泵，因此不能采用稀油潤(rùn)滑，只能采用潤(rùn)滑油脂進(jìn)行潤(rùn)滑，且無(wú)冷水冷卻軸承，水泵高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的大量熱量只能靠自然冷卻進(jìn)行散熱，而凝結(jié)水泵周?chē)h(huán)境溫度偏高，夏季環(huán)境溫度在30℃以上，不利于軸承散熱。

4.工藝原因分析

凝結(jié)水泵輸送的介質(zhì)為飽和狀態(tài)的凝結(jié)水，水源來(lái)自于汽輪機(jī)凝汽器。由于凝汽器內(nèi)絕對(duì)壓力低于大氣壓力，所以在凝結(jié)水泵入口處極易產(chǎn)生汽化，為了防止凝結(jié)水泵汽化，設(shè)計(jì)者將凝結(jié)水泵置于地坑內(nèi)，使凝結(jié)水泵入口與凝汽器產(chǎn)生高度差，提高凝結(jié)水泵入口壓力，并且在凝結(jié)水泵轉(zhuǎn)子上加裝了誘導(dǎo)輪，在凝結(jié)水泵外部設(shè)置了密封水和抽氣管道。但即便如此，凝結(jié)水泵仍存在汽化現(xiàn)象。凝結(jié)水泵汽化后，轉(zhuǎn)子會(huì)產(chǎn)生軸向串動(dòng)現(xiàn)象，由于潤(rùn)滑油脂的流動(dòng)性較差，轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向串動(dòng)后，軸承內(nèi)會(huì)局部缺油，導(dǎo)致軸承因局部缺少潤(rùn)滑而過(guò)熱。2015年7月29日，DCS顯示凝結(jié)水流量在95t/h～110t/h之間不斷發(fā)生變化，實(shí)測(cè)3#機(jī)2#凝結(jié)水泵軸向振動(dòng)值在不斷發(fā)生變化，最高可達(dá)0.1mm以上，說(shuō)明凝結(jié)水泵軸向串動(dòng)現(xiàn)象非常頻繁。

與凝結(jié)水泵相比，低加疏水泵汽化現(xiàn)象更為嚴(yán)重，（2015年7月29日，實(shí)測(cè)3#機(jī)2#低加疏水泵軸向振動(dòng)值在0.3mm以上，說(shuō)明低加疏水泵已發(fā)生了嚴(yán)重汽化。）但低加疏水泵卻從未出現(xiàn)軸承過(guò)熱現(xiàn)象，原因就在于低加疏水泵的潤(rùn)滑方式為稀油潤(rùn)滑，稀油流動(dòng)性較好，即使水泵產(chǎn)生軸向串動(dòng)，軸承也不會(huì)產(chǎn)生局部缺油現(xiàn)象。

導(dǎo)致凝結(jié)水泵汽化的原因有：凝汽器水位下降、凝結(jié)水溫度升高、凝汽器內(nèi)絕對(duì)壓力降低。上述三種情況，都是在汽輪機(jī)工況發(fā)生較大變化時(shí)出現(xiàn)的，根據(jù)長(zhǎng)期的觀察、總結(jié)，凝結(jié)水泵軸承每次過(guò)熱之前，汽輪機(jī)工況都發(fā)生了較大變化，如汽輪機(jī)電負(fù)荷發(fā)生較大變化、解除抽汽、恢復(fù)抽汽等，2015年7月17日，3#機(jī)低壓旋轉(zhuǎn)隔板突然關(guān)閉，當(dāng)班班組被迫解除五段抽汽，當(dāng)天夜間，3#機(jī)2#凝結(jié)水泵就因軸承過(guò)熱而被迫停泵檢修。

目前，3#汽輪機(jī)組排汽溫度居高不下，2015年4月份平均值為38.35℃，5月份平均值為39.21℃，6月份平均值為46.41℃，7月份平均值為45.74℃，但3#機(jī)排汽溫度的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)為28℃，安全運(yùn)行范圍是28～49℃。由此可見(jiàn)，機(jī)組排汽溫度隨著外界氣溫的升高而升高，排汽溫度升高后，凝結(jié)水溫度必然也隨之升高。在壓力（真空度）不變的情況下，凝結(jié)水溫度升高，必然極易產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。

由于2、3#汽輪機(jī)組為抽汽凝汽式機(jī)組，不僅承擔(dān)著發(fā)電任務(wù)，還擔(dān)負(fù)著外供低壓汽的重要任務(wù)，因此，在汽輪機(jī)主蒸汽壓力、流量發(fā)生較大變化的情況下，為了保證抽汽壓力、流量，必須調(diào)整尾部排汽量，如果增加尾部排汽量，凝結(jié)水溫度就會(huì)升高，如果降低尾部排汽量，凝汽器水位就會(huì)降低，且凝汽器熱水井容積較小，難以調(diào)節(jié)尾部排汽量的較大變化，無(wú)法形成溫度、水位的緩沖。也就是說(shuō)，無(wú)論尾部排汽量增加還是減少，凝結(jié)水泵都會(huì)產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。

與凝結(jié)水泵相比，給水泵輸送的介質(zhì)也是飽和水，但給水泵卻從未發(fā)生過(guò)汽化現(xiàn)象，原因就在于給水泵水源來(lái)自于高壓除氧器，6臺(tái)高壓除氧器的水箱容積達(dá)415m3，當(dāng)鍋爐負(fù)荷產(chǎn)生較大變化時(shí)，給水量突然增加或減少時(shí)，高壓除氧器的水位卻不會(huì)發(fā)生較大變化。而除氧器值班員也有充足的時(shí)間調(diào)整水位，原因就在于高壓除氧器的水箱容積較大，起到了較好的緩沖作用。

中電投白城發(fā)電公司凝結(jié)水泵也是立式泵，但白城發(fā)電公司凝結(jié)水泵軸承卻從未發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，原因就在于白城發(fā)電公司汽輪機(jī)為純凝式機(jī)組，排汽量很少發(fā)生較大變化，且機(jī)組排汽管體積龐大，即使排汽量發(fā)生較大變化，排汽管水位也不會(huì)發(fā)生較大變化，依靠其高度自動(dòng)化的水平，運(yùn)行值班員完全有足夠的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

即使3#機(jī)排汽量發(fā)生較大變化，如果及時(shí)補(bǔ)充除鹽水，或利用凝汽器再循環(huán)及時(shí)補(bǔ)水，保持凝汽器水位和凝結(jié)水泵流量不發(fā)生太大變化，也可以避免凝結(jié)水泵發(fā)生汽化，但由于3#機(jī)補(bǔ)水門(mén)和再循環(huán)門(mén)均為手動(dòng)門(mén)，且距離控制室較遠(yuǎn)，（凝汽器補(bǔ)水門(mén)在0m，再循環(huán)門(mén)在4.5m，而控制室卻在8m平臺(tái)。）運(yùn)行調(diào)整時(shí)，副司機(jī)需要進(jìn)行就地調(diào)整，并與司機(jī)保持聯(lián)系，即使副司機(jī)跑步到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，在時(shí)間上也是來(lái)不及的，凝結(jié)水泵的工況已經(jīng)發(fā)生了變化，汽化現(xiàn)象已經(jīng)發(fā)生。

三、改進(jìn)措施

（1）繼續(xù)檢修，將軸承與軸承壓蓋之間的間隙調(diào)整在合格的范圍內(nèi)。檢修之后將軸承進(jìn)行更換，新軸承安裝之前可用手感法檢查軸承軸向間隙，用一只手握持滾動(dòng)軸承的內(nèi)環(huán)，用另一只手握持滾動(dòng)軸承的外環(huán)，兩手以相反的方向推拉，利用手的感覺(jué)來(lái)判斷滾動(dòng)軸承內(nèi)、外環(huán)之間軸向間隙的大小。

（2）在條件允許的情況下，可考慮采用高速軸承，即更換一款工作轉(zhuǎn)速高于現(xiàn)用工作轉(zhuǎn)速的軸承。

（3）每次泵軸安裝之前都應(yīng)該進(jìn)行對(duì)輪轉(zhuǎn)子找中心，防止因電機(jī)與泵軸轉(zhuǎn)子不同心而產(chǎn)生局部摩擦。

（4）運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)避免雜質(zhì)進(jìn)入軸承壓蓋內(nèi)部，且凝結(jié)水泵帶負(fù)荷運(yùn)行一段時(shí)間后，應(yīng)對(duì)潤(rùn)滑油脂進(jìn)行置換。

（5）在條件允許的情況下，對(duì)凝結(jié)水泵進(jìn)行改造。在凝結(jié)水泵軸承壓蓋外部安裝散熱片，或安裝冷卻水套筒，為避免冷卻水進(jìn)入泵內(nèi)污染凝結(jié)水，冷卻水應(yīng)橫向流動(dòng)。

（6）將凝汽器補(bǔ)水門(mén)和凝結(jié)水再循環(huán)門(mén)改造為電動(dòng)閥門(mén)，最好能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以便在汽輪機(jī)變工況時(shí)快速調(diào)整凝汽器水位和凝結(jié)水泵流量，避免凝結(jié)水泵汽化。

（7）排汽溫度的升高，不僅與氣溫有關(guān)，還與凝汽器銅管的換熱效果有關(guān)，凝汽器銅管數(shù)量達(dá)6000多根，如果有一部分銅管堵塞，或銅管內(nèi)壁積垢，都會(huì)使銅管的熱導(dǎo)率大大降低，從而降低機(jī)組乏汽與循環(huán)水的換熱速率。因此，建議在條件允許的情況下，對(duì)凝汽器銅管進(jìn)行半面清掃，提高凝汽器銅管的換熱效率。

?改造與更新?

收稿日期：（2015-12-29）

中圖分類(lèi)號(hào)：TK730

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-0711（2016）02-0053-03