斜軸泵推力軸承異常發(fā)熱原因分析和處理

尹 倩，金棋武，張?zhí)焐?/p>

（1.浙江江能建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利水電工程質(zhì)量與安全管理中心，浙江 杭州 310012；3.浙江廣川工程項目管理有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

推力軸承是軸流泵的關(guān)鍵部件，承擔了主機組的徑向載荷，其最主要的作用是支撐主軸，軸承的安裝精度直接影響主軸的安全運轉(zhuǎn)。推力軸承的安裝保證主軸只能在固定位置上轉(zhuǎn)動，防止發(fā)生軸向、徑向的位移。不僅如此，軸承轉(zhuǎn)動會發(fā)生勢能變化，機械能轉(zhuǎn)變?yōu)榇罅繜崮?。必須做好軸承的冷卻和潤滑，減少軸承內(nèi)外部摩擦及損耗，防止出現(xiàn)軸瓦燒粘，防止過熱導致自身老化，延長軸承使用壽命。綜上所述，推力軸承的科學安裝是極為關(guān)鍵的步驟，對機組是否能安全運行起到重要作用。

2 故障情況說明

某排澇工程泵站設(shè)計排澇流量200 m3/s，為大（Ⅰ）型泵站。泵站設(shè)軸流水泵4臺，水泵型號3560ZXQ50-3.65，斜30°布置，單機設(shè)計流量50 m3/s，配套電動機型號為TKS900-8，轉(zhuǎn)速為750 r/min。泵組設(shè)備2015年6月完成安裝并投入使用，安全運行了6個汛期，在城市防洪排澇方面發(fā)揮了巨大作用。

2020年6月某日，4#機組完成大修后，在額定工況之下于14：48時進行試運行。期間發(fā)現(xiàn)推力軸承加油孔處有白煙冒出，推力軸承溫度升高明顯過快，運行20 min從21.1 ℃升至65.2 ℃，且沒有放緩跡象，緊急停機后，溫度繼續(xù)上升至75.0 ℃。從開始運行到正式停機，運行時間為22 min，期間溫度上升53.9 ℃，平均上升2.45 ℃/min，溫度記錄見表1，運行時間和溫度變化關(guān)系曲線見圖1。由圖1可見，溫度上升過快，如果機組繼續(xù)運行，預計后期可能會達到廠家設(shè)定的報警溫度85.0 ℃和緊急停機溫度95.0 ℃，所以在15：08時手動緊急停機，探究推力軸承異常發(fā)熱原因。

表1 試運行溫度記錄表

圖1 溫度與時間關(guān)系圖

根據(jù)上述現(xiàn)象，安裝和運維單位聯(lián)合原廠家和設(shè)計方等專家立即著手分析產(chǎn)生故障的原因，制訂多項解決方案，逐項測試驗證。本文著重對此次異常發(fā)熱現(xiàn)象的原因和解決方法進行解析。

3 故障診斷及處理

3.1 確定故障方向

根據(jù)現(xiàn)場專家組意見和水泵安裝經(jīng)驗，分析得出造成推力軸承異常發(fā)熱的原因有以下幾種可能：一是軸承安裝精度不足，需要檢查安裝記錄表并重新測量數(shù)據(jù)，對重點部位重新安裝；二是潤滑油質(zhì)量和數(shù)量不滿足要求，需要對油質(zhì)進行檢測，再對軸承潤滑效果進行觀測，檢查油中是否有鐵屑等雜質(zhì)，重新更換潤滑油；三是冷卻水供應不足，需要檢查技術(shù)供水水壓和水量，必要時增開技術(shù)供水泵；四是軸承與軸承支座過盈配合，需要檢查軸承與端蓋間隙、軸承與哈呋面間隙，多次調(diào)整試驗，找到最適合的間隙，保障軸承安全運行。

3.2 原因分析和處理措施

為確保本次故障妥善解決，檢修團隊按照專家組給出的故障排查方向逐一測試排查，并逐項按要求進行處理。

3.2.1 軸承安裝精度偏差

軸承安裝精度與軸承發(fā)熱密切相關(guān)。當螺栓緊固后軸承壓蓋和軸承端面間隙值低于設(shè)計最小值或者軸套與軸內(nèi)襯預留間隙低于設(shè)計最小值時，水泵運轉(zhuǎn)產(chǎn)生摩擦會導致溫度上升過快；另外，當分半軸承安裝間隙過緊、軸承座中心偏差過大、推力瓦研刮未達到標準等會導致軸與軸承間受力不均勻，從而導致運行時溫度超標。

檢查安裝質(zhì)量評定表（見表2）后，未發(fā)現(xiàn)明顯超出范圍值的數(shù)據(jù)。為了排除安裝測量的誤差，決定對重點部位拆除并重新安裝。采用更科學的監(jiān)控手段，運用專業(yè)計量器具測量各間隙，增強楔子板調(diào)節(jié)螺桿，將螺紋的牙距由粗改細，反復多次調(diào)整推力瓦受力均勻度，保證同心度和中心偏差滿足設(shè)計要求。推力軸承部件的密封件全部更換。復測的安裝記錄見表2。

表2 安裝質(zhì)量評定表

通過本次更科學嚴謹?shù)陌惭b，并經(jīng)過監(jiān)理和業(yè)主的聯(lián)合復測，確保軸承的安裝精度滿足設(shè)計要求。

3.2.2 潤滑油質(zhì)量和數(shù)量檢查

設(shè)計采用的是L-TSA46汽輪機油，檢查油品質(zhì)量非常關(guān)鍵。本次事件發(fā)生時水泵運轉(zhuǎn)聲音未出現(xiàn)異常，溫度卻上升較快，可能由以下原因?qū)е拢阂皇羌尤氲钠啓C油不夠時，潤滑過少導致摩擦力增大，溫度驟升；二是加入的汽輪機油過多時，空間過盈無法散熱，溫度也會升高；三是當軸頸與軸承之間未形成動態(tài)油膜或是油膜過薄、過厚都會導致摩擦異常，軸承發(fā)熱。

首先對油質(zhì)送檢，確保無變稀或液化現(xiàn)象，再化驗潤滑油在抗高溫性能上的表現(xiàn)，即溫度超過70 ℃后油脂的黏度是否發(fā)生改變。化驗結(jié)果顯示，油質(zhì)符合設(shè)計要求且未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)構(gòu)變化。與此同時，現(xiàn)場檢查潤滑油清潔無雜質(zhì)，排除安裝后未清洗干凈軸承外表面的原因。重新加油，注油量滿足軸承室的1/2~2/3，控制在設(shè)計規(guī)定的范圍內(nèi)（見圖2），一邊加油一邊盤動軸承確保均勻性。靜置檢查，未發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。經(jīng)過上述處理，可以將潤滑油問題導致故障這一因素排除。

圖2 推力軸承油位和冷卻水示意圖

3.2.3 冷卻水系統(tǒng)

機組運轉(zhuǎn)過程中，需要按照設(shè)計規(guī)定不間斷供應冷卻水。當供水量較低、壓力不夠或者冷卻水系統(tǒng)管路堵塞或淤積時，都會導致供應軸承的冷卻水量不夠，致使摩擦產(chǎn)生的熱量無法被傳遞，直接造成推力軸承溫度異常。

排除冷卻水方面故障，首先檢查冷卻水進出水的配水架上所有閥門和管路。閥門全部按要求打開或關(guān)閉、閘板無損壞、閥門不漏水、水管無滲漏、反沖冷卻水系統(tǒng)管路通暢無堵塞，推力軸承上出廠時臨時封堵的4處絲堵（冷卻水進水口）已按要求拆除。檢查發(fā)現(xiàn)水管上示流信號器輸出信號正常，4#機組冷卻水流量大于280 L/min（出廠要求為260 L/min），2臺技術(shù)供水泵工作正常，重新調(diào)整閘閥確保冷卻水壓力保持在0.2~0.3 MPa，冷卻水進水處見圖2。冷卻水系統(tǒng)經(jīng)檢查測試后確認無故障。

3.2.4 軸承與軸承支座過盈配合

過盈配合是機械設(shè)備在安裝過程中，零件間需要十分緊密配合，防止連接發(fā)生脫落或傳遞較大扭矩。但是如果推力軸承的軸瓦與端蓋之間配合得過緊，導致軸承和支承座一直處于受壓狀態(tài)，在互相擠壓狀態(tài)下，軸承的徑向間隙變小，造成運轉(zhuǎn)時主軸與軸承之間摩擦力增大，可能會導致滾動軸承被端蓋摩擦，產(chǎn)生過盈配合，造成推力軸承異常發(fā)熱。更甚者注入的潤滑油會被壓迫流出，軸承與軸之間沒有間隙以至于不能產(chǎn)生油膜，摩擦系數(shù)增大，產(chǎn)生大量異常熱量。此次故障處理需要確保徑向軸承（球面滾子軸承）端軸承壓蓋與軸承端面間預留0.1~0.2 mm的間隙，確保轉(zhuǎn)子對中時軸套上端面與軸承內(nèi)襯間預留1.0~2.0 mm間隙。

軸承與支座間配合面的承載能力和安裝產(chǎn)生的應力對過盈技術(shù)很敏感，需要經(jīng)過反復試驗調(diào)試。根據(jù)現(xiàn)場專家的安裝經(jīng)驗，決定先排除軸承座分半端蓋處接觸過緊問題。稍微增大軸瓦間隙，將軸承套端蓋的緊固螺栓處增加0.5 mm青稞紙墊后開始試運行，機組運行12 min左右，溫度從38.4 ℃升至75.1 ℃且未有放緩跡象，試驗效果不理想。

再考慮增加軸承蓋哈呋面間隙，在軸承蓋哈呋面處增加0.5 mm青稞紙，組織再次開機。機組運行28 min，溫度從23.5 ℃上升至76.8 ℃，溫度上升速度有一定的放緩，但溫度仍舊無法穩(wěn)定，故還需繼續(xù)增大間隙值，減少過盈量。

最后削薄推力軸承上蓋的塞條（見圖3）減少過盈量，試驗時考慮以0.1 mm為變量。返廠經(jīng)車床一次性刨掉0.2 mm，安裝時先加墊0.1 mm紫銅皮，再測試40 min，溫度由25.3 ℃上升至78.6 ℃，平均上升1.3 ℃/min，溫升速度進一步放緩。取出紫銅片，再運行3 h，溫度從25.0 ℃上升至71.2 ℃，平均上升0.3 ℃/min，溫升速度放緩明顯，特別是隨著運行時間增加，溫度增加更加緩慢。通過試驗，最終達到理想效果。

圖3 推力軸承塞條位置示意圖

通過上述對推力軸承和支承座不同接觸面的加工并反復試驗運行（端蓋和哈呋面各自增加0.5 mm青稞紙墊、上蓋塞條車薄0.2 mm），減少各處的過盈間隙，找到滿足該軸承合適的過盈狀況，恰當合理地消除推力軸承的過盈隱患，最終解決了推力軸承異常發(fā)熱的難題。

圖4 過盈配合和公差帶示意圖

4 結(jié) 語

4#機組推力軸承異常發(fā)熱處理完成后，經(jīng)24 h不間斷試運行，各項數(shù)據(jù)正常。通過分析推力軸承測溫元件的記錄數(shù)據(jù)，連續(xù)運行的溫升符合標準，軸承最高穩(wěn)定溫度為70.0℃（室內(nèi)溫度28.0℃），完全符合技術(shù)要求。本次實踐證明，對斜軸泵的推力軸承異常發(fā)熱原因分析與處理是正確的，同時也對高效、精準地解決大修后的運行故障提供了思路。