凝結水泵軸承過熱原因淺析

孫　明　趙光龍

（中國石油吉林石化公司動力一廠，吉林 吉林 132021）

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凝結水泵軸承過熱原因淺析

孫明趙光龍

（中國石油吉林石化公司動力一廠，吉林 吉林 132021）

摘 要：針對2015年以來工廠2號機、3號機凝結水泵頻繁因軸承過熱而被迫停泵檢修的問題，對軸承過熱原因加以分析，并提出相應解決措施。

關鍵詞：凝結水泵；軸承過熱；軸承游隙；潤滑

一、凝結水泵故障情況

2015年度，工廠2號機、3號機凝結水泵頻繁因軸承過熱而被迫停泵檢修，不僅耗費了大量人力、物力，也給汽輪機的安全運行帶來了巨大風險。截止到11月8日，2號機1#凝結水泵檢修10次，2#凝結水泵檢修4次，共計14次。3號機1#凝結水泵檢修7次，2#凝結水泵檢修14次，共計21次。

凝結水泵型號為8NL-12，流量160t/h，揚程122m，轉速2950r/min，電機型號為J02-93-2L3，軸功率83.3kW。

如圖1所示，凝結水泵均為立式安裝，腰部安裝兩個7312滾珠軸承，并采用二硫化鉬進行非強制潤滑。由于凝結水泵輸送的介質為飽和狀態(tài)的凝結水，水源來自于汽輪機凝汽器熱水井，水溫28～49℃，凝汽器真空為-0.0865～-0.098MPa，所以凝結水泵極易汽化。為了防止凝結水泵汽化，設計時采用降低安裝高度的方法進行了補償，所以凝結水泵安裝于地坑中。凝結水泵密封方式為傳統(tǒng)的填料密封，為了防止密封不嚴導致空氣漏入泵體內部，還增設了密封水系統(tǒng)和空氣系統(tǒng)。

圖1　凝結水泵

二、原因分析

一個物體溫度升高的原因有兩種，一是熱量傳遞，二是做功。

實現(xiàn)熱量傳遞，必須有高溫熱源，凝結水泵周圍的高溫熱源有：環(huán)境溫度、凝結水溫度、電機溫度，但凝結水泵軸承溫度最高可達90℃以上，遠遠高于上述三個高溫熱源的溫度，因此，熱量傳遞的原因可以排除。而另一個原因，就是做功，即摩擦生熱。

2.機械原因分析

離心泵軸承過熱的原因有以下幾種。

（1）潤滑油脂過少，軸承因缺少潤滑而產生“干磨”現(xiàn)象，導致軸承溫度迅速升高。但凝結水泵歷經多次檢修，每次拆解軸承時，都未發(fā)現(xiàn)潤滑油脂缺失現(xiàn)象，因此潤滑油脂過少原因可以排除。

（2）潤滑油脂過多，影響軸承散熱，由于潤滑油脂的導熱系數(shù)比金屬低很多，如果潤滑油脂過多，會影響軸承的散熱效果。

（3）潤滑油脂中混入雜質，在檢修或運行過程中，潤滑油脂中混入鐵屑、水等雜質，會影響軸承的潤滑效果。

1.2.3 教學滿意度評價。采用問卷調查表進行教學滿意度評價，分為非常滿意，滿意和不滿意3項，每人只能選擇一項，未選或多選者視為無效，將被剔除。

（4）軸承與軸承壓蓋間隙過大，運行過程中，軸承與軸承體之間產生碰撞、摩擦，從而產生大量熱量。

（5）軸承壓蓋壓得過緊，軸承內沒有間隙，軸承因高速旋轉產生大量摩擦熱，導致軸承溫度升高。

（6）軸承損壞，運行過程中軸承外環(huán)與軸承壓蓋產生相對轉動，有摩擦熱產生。檢修過程中，發(fā)現(xiàn)軸承壓蓋內有磨痕，且運行過程中經實地測量發(fā)現(xiàn)，上軸承溫度比下軸承溫度高，2015年7月29日，實測上軸承溫度為73℃左右，下軸承溫度為57℃。

（7）電機與水泵轉子中心線偏移，軸承外環(huán)與軸承壓蓋局部摩擦，導致溫度升高。

（8）軸承游隙過小，軸承的游隙對軸承的載荷分布、振動、噪聲、摩擦、使用壽命和機械的運動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重要因素。選擇適宜的軸承游隙，可以使載荷在滾動體之間合理分布；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；可減少軸承工作時的振動和噪聲等。因此，為保證軸承的正常工作，必須根據使用條件，選擇適宜的軸承游隙（圖2）。使用經驗表明，對于球軸承最適宜的工作游隙近似為零；對于滾子軸承最適宜的工作狀況應保持少量的工作游隙。在要求支承剛性良好的部件中（例如機床主軸），也可以有一定數(shù)值的預緊，少量的預載荷對軸承沒有損傷性的影響。

圖2　軸承游隙示意圖

3.設計原因分析

凝結水泵為立式水泵，因此不能采用稀油潤滑，只能采用潤滑油脂進行潤滑，且無冷水冷卻軸承，水泵高速旋轉過程中產生的大量熱量只能靠自然冷卻進行散熱，而凝結水泵周圍環(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

凝結水泵輸送的介質為飽和狀態(tài)的凝結水，水源來自于汽輪機凝汽器。由于凝汽器內絕對壓力低于大氣壓力，所以在凝結水泵入口處極易產生汽化，為了防止凝結水泵汽化，設計者將凝結水泵置于地坑內，使凝結水泵入口與凝汽器產生高度差，提高凝結水泵入口壓力，并且在凝結水泵轉子上加裝了誘導輪，在凝結水泵外部設置了密封水和抽氣管道。但即便如此，凝結水泵仍存在汽化現(xiàn)象。凝結水泵汽化后，轉子會產生軸向串動現(xiàn)象，由于潤滑油脂的流動性較差，轉子發(fā)生軸向串動后，軸承內會局部缺油，導致軸承因局部缺少潤滑而過熱。2015年7月29日，DCS顯示凝結水流量在95t/h～110t/h之間不斷發(fā)生變化，實測3#機2#凝結水泵軸向振動值在不斷發(fā)生變化，最高可達0.1mm以上，說明凝結水泵軸向串動現(xiàn)象非常頻繁。

與凝結水泵相比，低加疏水泵汽化現(xiàn)象更為嚴重，（2015年7月29日，實測3#機2#低加疏水泵軸向振動值在0.3mm以上，說明低加疏水泵已發(fā)生了嚴重汽化。）但低加疏水泵卻從未出現(xiàn)軸承過熱現(xiàn)象，原因就在于低加疏水泵的潤滑方式為稀油潤滑，稀油流動性較好，即使水泵產生軸向串動，軸承也不會產生局部缺油現(xiàn)象。

導致凝結水泵汽化的原因有：凝汽器水位下降、凝結水溫度升高、凝汽器內絕對壓力降低。上述三種情況，都是在汽輪機工況發(fā)生較大變化時出現(xiàn)的，根據長期的觀察、總結，凝結水泵軸承每次過熱之前，汽輪機工況都發(fā)生了較大變化，如汽輪機電負荷發(fā)生較大變化、解除抽汽、恢復抽汽等，2015年7月17日，3#機低壓旋轉隔板突然關閉，當班班組被迫解除五段抽汽，當天夜間，3#機2#凝結水泵就因軸承過熱而被迫停泵檢修。

目前，3#汽輪機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#機排汽溫度的經濟運行指標為28℃，安全運行范圍是28～49℃。由此可見，機組排汽溫度隨著外界氣溫的升高而升高，排汽溫度升高后，凝結水溫度必然也隨之升高。在壓力（真空度）不變的情況下，凝結水溫度升高，必然極易產生汽化現(xiàn)象。

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

與凝結水泵相比，給水泵輸送的介質也是飽和水，但給水泵卻從未發(fā)生過汽化現(xiàn)象，原因就在于給水泵水源來自于高壓除氧器，6臺高壓除氧器的水箱容積達415m3，當鍋爐負荷產生較大變化時，給水量突然增加或減少時，高壓除氧器的水位卻不會發(fā)生較大變化。而除氧器值班員也有充足的時間調整水位，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)電公司凝結水泵也是立式泵，但白城發(fā)電公司凝結水泵軸承卻從未發(fā)生過熱現(xiàn)象，原因就在于白城發(fā)電公司汽輪機為純凝式機組，排汽量很少發(fā)生較大變化，且機組排汽管體積龐大，即使排汽量發(fā)生較大變化，排汽管水位也不會發(fā)生較大變化，依靠其高度自動化的水平，運行值班員完全有足夠的時間進行調整。

即使3#機排汽量發(fā)生較大變化，如果及時補充除鹽水，或利用凝汽器再循環(huán)及時補水，保持凝汽器水位和凝結水泵流量不發(fā)生太大變化，也可以避免凝結水泵發(fā)生汽化，但由于3#機補水門和再循環(huán)門均為手動門，且距離控制室較遠，（凝汽器補水門在0m，再循環(huán)門在4.5m，而控制室卻在8m平臺。）運行調整時，副司機需要進行就地調整，并與司機保持聯(lián)系，即使副司機跑步到現(xiàn)場進行調整，在時間上也是來不及的，凝結水泵的工況已經發(fā)生了變化，汽化現(xiàn)象已經發(fā)生。

三、改進措施

（1）繼續(xù)檢修，將軸承與軸承壓蓋之間的間隙調整在合格的范圍內。檢修之后將軸承進行更換，新軸承安裝之前可用手感法檢查軸承軸向間隙，用一只手握持滾動軸承的內環(huán)，用另一只手握持滾動軸承的外環(huán)，兩手以相反的方向推拉，利用手的感覺來判斷滾動軸承內、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，即更換一款工作轉速高于現(xiàn)用工作轉速的軸承。

（3）每次泵軸安裝之前都應該進行對輪轉子找中心，防止因電機與泵軸轉子不同心而產生局部摩擦。

（4）運行過程中應避免雜質進入軸承壓蓋內部，且凝結水泵帶負荷運行一段時間后，應對潤滑油脂進行置換。

（5）在條件允許的情況下，對凝結水泵進行改造。在凝結水泵軸承壓蓋外部安裝散熱片，或安裝冷卻水套筒，為避免冷卻水進入泵內污染凝結水，冷卻水應橫向流動。

（6）將凝汽器補水門和凝結水再循環(huán)門改造為電動閥門，最好能實現(xiàn)自動調整，以便在汽輪機變工況時快速調整凝汽器水位和凝結水泵流量，避免凝結水泵汽化。

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

?改造與更新?

收稿日期：（2015-12-29）

中圖分類號：TK730

文獻標識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）02-0053-03