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)簡介

田灣核電站消防系統(tǒng)用于每個建筑物的電纜間、汽輪機廠房充油設備間和柴油發(fā)電機房燃油、充油設備間的自動滅火。系統(tǒng)在未發(fā)生火災時處于應急待命狀態(tài)，穩(wěn)壓泵用于維持消防系統(tǒng)恒壓，確保系統(tǒng)在進入被保護房間的管線上的閥前充滿壓力水（約0.97 MPa）。火災發(fā)生時，根據(jù)被保護房間的火災信號，水噴霧主泵自動啟動，穩(wěn)壓泵自動停運。

2 故障描述

2014 年5 月28 日，維修人員對穩(wěn)壓泵進行大修后的品質再鑒定，在啟泵后的2 min 內，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間內急劇上升，同時伴隨泵運行聲音較大、振動值升高現(xiàn)象，判斷該泵運行狀態(tài)異常，采取手動停泵方式將該泵緊急停運，并重新隔離檢查。

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

3 故障分析及處理

通過對泵的解體檢查，導致本次滾動軸承溫度短時間內急劇升高的原因有以下4 個：①角接觸球軸承安裝方式錯誤；②轉子與軸承室同心度不好；③軸承潤滑脂添加過量；④軸向補償間隙的調整方式不當。

3.1 角接觸球軸承安裝方式錯誤

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

維修人員對泵解體后發(fā)現(xiàn)，軸承組件與裝配圖紙有所區(qū)別，兩個本來應該成對面對面安裝（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安裝方式：外圈窄邊相對，軸的實際支撐點偏向兩支點內側的正裝（面對面）；外圈窄邊相背，軸的實際支撐點偏向兩支點外側的反裝（背靠背）。但這兩種安裝方式有一個共同點，必須以寬面進行軸向定位，避免引起附加的軸向力，而且可在兩個方向使軸限制在軸向游隙范圍內。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

兩個向心角接觸球軸承在軸上正裝，用圓螺母進行緊固，左端軸承寬面通過調整環(huán)和彈簧卡圈進行軸向定位，限制軸承向左運動；右端軸承寬面通過軸承端蓋進行軸向定位，限制軸承向右運動（圖1）。當啟泵后，在離心力的作用下將介質從入口低壓區(qū)輸送至出口高壓區(qū)，此時由于入口和出口存在壓力差，所以將會產生一個向左（從聯(lián)軸器指向泵入口方向）的力FA，轉子將隨著其一起向左運動。但此時兩個角接觸球均以寬面進行定位，能將泵軸限制在軸承的軸向游隙范圍內正常游動。

圖1 消防穩(wěn)壓泵軸承正裝

3.1.3 軸承反裝

兩個向心角接觸球軸承在軸上反裝，用圓螺母進行緊固，左端軸承窄面通過調整環(huán)和彈簧卡圈進行軸向定位，但只能限制軸承外圈向左運動；右端軸承窄面通過軸承端蓋進行軸向定位，但只能限制軸承外圈向右運動（圖2）。當啟泵后，轉子在FA的作用下向左運動，此時軸承內圈也將跟隨向左運動，移動量約3～4 mm（測量所得），由于右端軸承左面沒有軸向定位，所以也會一起整體向左運動。

3.1.4 軸承反裝影響

圖2 消防穩(wěn)壓泵軸承反裝

（1）當轉子整體向左運動3～4 mm，泵驅動端的圓柱滾子軸承內圈與外圈同樣分離3～4 mm，導致圓柱滾子軸承內圈與驅動端的骨架油封發(fā)生碰磨后振動值升高[1]，造成軸承升溫及油封損壞。

（2）當轉子整體向左竄動3～4 mm 時，固定在軸套上的機械密封動環(huán)座同樣向左竄動3～4 mm，而機械密封的壓縮量約3 mm，所以此時將出現(xiàn)機械密封動靜部分分離，造成機械密封泄漏[2]。

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

（4）左端的向心角接觸球軸承內圈向左運動3～4 mm 后，該軸承的徑向游隙變小，泵在高速運轉中將會讓軸承產生較大的摩擦力，并劇烈磨損，同時會帶著軸承外圈一起轉動，造成軸承室內孔磨損、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

按照圖紙要求，將兩個向心角接觸球軸承成對面對面安裝，后續(xù)升版了維修程序，明確了兩個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，檢查發(fā)現(xiàn)軸承室內孔存在磨損情況。實測內孔尺寸為120.15 mm，查詢國標GB/T 275—1993 可知，軸承室內孔的公差帶代號選用H7 或G7，即內孔尺寸標準為，為了防止泵在高速運轉中滾動軸承跑外圈，采取對軸承室內孔進行了車削加套處理。2014 年5 月28 日泵回裝后投運，軸承溫度一度上升至75 ℃。

2014 年5 月28 日對泵進行了再次解體檢查，盤動角接觸球軸承旋轉不靈活，潤滑脂已經(jīng)變質，清洗軸承后檢查滾動體有變色，內外圈滾道有磨損痕跡。并造成軸承室內孔磨損，對軸承室的同軸度進行檢查，偏差超過0.40 mm，遠遠大于國家標準（≤0.025 mm）。分析認為，受自身機加工能力所限，新加的套和軸承室同心度偏差較大，導致轉子旋轉不同心，滾動軸承附加載荷增大，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，兩個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 ℃，泵運行參數(shù)正常，狀態(tài)良好。

3.3 軸承潤滑脂添加過多

3.3.1 潤滑脂添加及作用概述

滾動軸承潤滑的主要目的是減少摩擦與磨損，同時起到冷卻、吸震、防銹及降噪等作用。在對軸承添加潤滑脂時，加得過多或過少對軸承運行狀態(tài)均有較大影響，潤滑脂加得過多，會引起軸承散熱空間減小，從而造成軸承溫度升高；如果潤滑脂加得過少，則會影響其潤滑效果、增大摩擦，也會導致軸承溫度升高、甚至會伴隨著振動和噪聲，影響軸承的正常工作，所以在對軸承添加潤滑脂時，一般不要超過軸承內空隙的1/3～1/2。

拆卸下來的軸承組件可以看出，軸承添加的潤滑脂（黃油）過多，軸承內部間隙基本全部涂抹上了潤滑脂，導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

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

3.4 軸向補償間隙調整方式不當

3.4.1 軸向補償間隙調整概述

考慮到水泵運轉時軸會受熱伸長，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償間隙，俄羅斯標準一般要軸向補償間隙a＝0.15～0.30 mm（圖2）。軸向補償間隙最常見的調整方法為墊片調整法，如果間隙調得過小，會導致軸承游隙變小，溫度升高；如果間隙調得過大，會導致軸向竄動和徑向跳動增大[3]，引起振動，軸承溫度也會升高。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，該泵通過金屬（不銹鋼）墊片對軸向補償間隙進行調整，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，泵運轉時將金屬墊片卷入軸承外圈軌道內，與滾動體及保持架產生摩擦及卡塞現(xiàn)象，造成軸承溫度升高。

3.4.2 處理措施

檢查確認軸承已經(jīng)安裝到位且軸承未裝反，用深度尺測量軸承室殼體端面到軸承外圈的深度L1，再測量軸承壓蓋進入軸承室內腔的臺階深度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合面；差值＜0.15 mm，則在端蓋和軸承室的結合面增加墊片進行調整。軸承室端蓋螺栓緊固完成后，打表復測泵軸竄量，應和預留間隙保持一致。

4 驗證及總結

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

穩(wěn)壓泵是保證電站消防系統(tǒng)正常運行的重要保障，本文關于消防穩(wěn)壓泵故障處理的分析總結，對今后消防系統(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值。