论文部分内容阅读
[摘要]：电厂辅助系统水泵轴承温度异常升高是很多电厂的常见问题。本文简单介绍了有关弹性流体动压润滑的理论，并从这个理论出发，以平圩电厂机组积水槽排水泵轴承温度异常升高为例子分析泵轴承温度高原因。
[关键词]：电厂辅助系统水泵 温度 原因 轴承
一、引言
安徽淮南平圩发电有限责任公司一期机组是国内首台600MW发电机组，由于投产与上世纪90年代，汽机辅机的转动设备经常发生轴承温度高现象。如积水槽排水泵，有时是加完润滑脂后温度急剧上升；有时是在补油脂时温度有一段上升，保持在50-70度的正常范围内。当再次切换到该泵运行时，发生上部推力轴承温度异常升高，泵的温度最高曾上升到了84度。这些泵在经过一段若干时间的稳定运行后，温度又开始逐渐下降，并最终达到正常温度范围。
二、排水泵轴承温度高的原因分析
排水泵轴承的加油脂周期是运行2500小时加一次油脂，油脂型号是锂基润滑脂#2或#3。驱动端加130克，泵端加225克，加油脂前设备必须运行至少半小时。每次加油脂时，若温度异常上升则停止加油，待温度恢复正常后继续加，因为加油脂后温度异常上升，每次加油脂要分三、四次才能完成。在以前的加油脂中，由于没有经验也没有详细规定加油的操作步骤，加油时工作人员都是一次性将油脂加入，然后轴承温度就直线异常上升。
1.泵轴承油脂的自我更替
在讨论根本原因之前，先解释一下泵轴承油脂的自我更替。给泵轴承新加的油脂，油脂并没有直接加到轴承的滚珠和滚道上，而是首先加到轴承的外围。油脂的更替有两种情况，在运行的时候加油脂，那么油脂依靠油枪压力就会挤入到轴承的滚道中去；在正常的运行过程中，轴承也会自动将流动性差的老油脂排除，而将新的流动性好的油脂逐渐吸到轴承的滚道上来。下面从微观动力学角度来解释后一种自动更替过程，参考图1中的模型。
图1是一个简化后的物理模型，滚珠滚动，滚道简化为一道直壁板，中间是油脂层，滚珠表面接触压力极大，此时滚珠和滚道的接触区域会发生弹性变形，并且油的粘度不再是恒定的，在极大压力作用下，油膜具有很大的弹性模量，此时可以认为油膜的厚度接近恒定值。当滚珠刚滚过油膜时，油膜入口压力骤然升至极高的压力，此时由于油膜粘度极大，油膜即使很薄，也来不及分开，接触区域已经滑过，而接触区域的出口，压力突然接近于零值，此时油膜压能转化为动能，流动速度加大，一部分油脂脱离原油膜，同时由于空间突然争大，压力被释放而急剧降低，压力低过周围油脂压力，使得旁边的流动性好的油脂向出口区补充，新补充的油脂会随着滚珠的滚动又进入进口区，这样就实现了油脂的动力性流动，即一部分流出，一部分流进。那些流性差的老油脂则逐渐地被排挤出滚道。轴承正是在这种压力的变化和新老油脂的流动性差异下，实现了油脂连续流动和新老油脂的更替。
2.油脂的自然消耗
矿物油脂是矿物基油和添加剂通过稠化剂稠化而成。它是从原油中经过蒸馏制成的，实际是以各种烃为主的多种成份的混合物。这些物质在性能上略有差点异，当设备运行的时候，这些差异会导致矿物基油从稠化剂中分离出来，其组份也会产生各种反应而变质，温度越高变质越快。滚动轴承中，轴承润滑遵循弹性流动压润滑理论，此时接触应力可以达到1-4万大气压；金属表面将发生弹性变形；由于高压，润滑油脂的粘度不是恒定的数值。其润滑的整体状况取绝于油脂厚度分布和弹性变形分布。在高温极压的作用下，润滑脂中的基油和稠化剂会分离，基油析出，形成油蒸汽蒸发或者液体流出，而油脂由于逐渐脱油变干，会失去润滑承压的功能，所以需要定期补充新油，以保证轴承的健康运行。
3.加油过程分析
排水泵轴承油脂不是加得越多越好，也不是越快越好，如果油量过多，不仅会增加油脂内磨擦而产生热量，而且会阻碍油脂散热，导致温度升高。而温度升高，会使油脂粘度下降，同时流动性增大，散热效果变好，使得轴承温度逐渐下降，最终回落到设计温度。这相当于一个负反馈，使得轴承温度总是往设计温度方向平衡。
在正常运行状态下，排水泵轴承温度是稳定的，润滑脂因运行产生的热量和散热在设计温度下达到平衡。当在运行状态加油脂时，油脂是一枪一枪加入的，间隔时间比较长，加油速率非常低，新油和老油融合在一起，所以只会导致轴承温度缓慢上升，但随着油脂温度升高，油粘度下降，流动性增加，散热好，产生热量少，温度朝着下降的趋势走。最终在设计温度下达到平衡。现场表现就是加油脂后温度上升，经过一段时间运行后，温度达到正常。
但是对于排水泵推力轴承，由于轴承室设计不合理，两个轴承并排靠在一起，内部散热不佳（见图2），油脂要穿过两个并排轴承的阻力非常大，况且该泵加油油嘴既不在中间（若在中间，新油会靠油枪压力向两边挤压，将两个轴承内的老油替换），也不是在上面（油嘴在上面新油则可以利用重力、流动性和油枪的挤压力顺利地将老油更换），而是在两个轴承的下面。新加的油，在油枪的作用下，一部分会往下掉，从间隙中流走，一部分靠压力极其缓慢的向上挤，把上轴承的老油挤掉。这中间还有一个过程，如果因排油阻力大致使上推力轴承的油脂消耗得不到补充时，那么该轴承的油脂基油被消耗，但是稠化剂和添加剂并不会被消耗，局部油脂相对变稠。变稠后，不仅更难被替换，而且内摩擦阻力会增大。在这种情况下，如果一定量的油脂稠化到一定的程度，从冷态时启动泵也会发生轴承温度上升现象，高到一个足够高的温度，油脂的流动性能够克服排油通道的阻力，就能够将温度降低。现场表现就是在没有加油脂的情况下，被切换的泵轴承温度升高，运行一段时间后，温度又降低。某些情况下，当泵停止运行之后，润滑脂会得到冷却，粘度增大，此时再启动泵，由于油的粘度已经比正常运行时更大，使它的流动性减小，散热效果差；如果同时轴承室内油量过多，产生热量反而大，散热和产生热不能达到平衡，温度一直上升，直到温度上升到油粘度变得足够低，散热在过产生热，流动性增大，多余油脂排出，在散热和产生热在一个新的动态平衡过程中，轴承温度降低，恢复到正常。这种情况现场出现过好多次。如果在补油过程中，加油过猛，会很快打破散热和产生热的平衡，导致温度上升，这就是以前没有详细规定加油步骤的时候，猛一加油温度就上升的根本原因。
4.排水泵轴承温度高的根本原因
轴承室设计不合理，导致轴承散热和排油都不顺畅，油脂的产生热和散热难以达到平衡，导致轴承温度上升，这就是排水泵轴承温度异常升高的根本原因。再加上油脂过多（因为这种设计的轴承室比较难以消化这些多余的油脂），所以才会诸多发热现象。有时加油脂量过多，或者加油脂太猛，导致轴承温度升高。有时加油脂方法不当而导致温度上升。（事实上，其它设备加油脂也导致轴承温度升高，但由于上推力轴承室结构不合理，降温过程显得漫长而引人注目。）
三、解决排水泵轴承温度高的办法
如果轴承室油脂量已经加多并且持续高温，可以有两种方法处理：一种是在泵运行时用干净的压缩空气将多余的油脂吹出，轴承温度会降低，此时注吹油脂的持续时间不能太长，否则油脂吹至过少，也會导致轴承温度降低后再次升高；另一种是通过外部冷却轴室，经过长时间的运行后，轴承室的油脂掉出，温度自行降低。要消除加油脂后轴承温度升高的现象，可以采取少量多次加油脂的方法，并同时减少每次所加的油脂量。彻底解决排水泵轴承温度高的问题，就需要更换改轴承室设计，使得轴承排油阻力小，内部散热好。
四、结束语
综上所述，排水泵轴承温度高现象根本原因，是设备设计本身具有的一些先天缺陷造成的。尽管如此，技术部门一直致力于该问题的改善。希望通过维修方面的改进，最大限度的减少此现象的出现，使得设备处于一个良好的健康状态。
[关键词]：电厂辅助系统水泵 温度 原因 轴承
一、引言
安徽淮南平圩发电有限责任公司一期机组是国内首台600MW发电机组，由于投产与上世纪90年代，汽机辅机的转动设备经常发生轴承温度高现象。如积水槽排水泵，有时是加完润滑脂后温度急剧上升；有时是在补油脂时温度有一段上升，保持在50-70度的正常范围内。当再次切换到该泵运行时，发生上部推力轴承温度异常升高，泵的温度最高曾上升到了84度。这些泵在经过一段若干时间的稳定运行后，温度又开始逐渐下降，并最终达到正常温度范围。
二、排水泵轴承温度高的原因分析
排水泵轴承的加油脂周期是运行2500小时加一次油脂，油脂型号是锂基润滑脂#2或#3。驱动端加130克，泵端加225克，加油脂前设备必须运行至少半小时。每次加油脂时，若温度异常上升则停止加油，待温度恢复正常后继续加，因为加油脂后温度异常上升，每次加油脂要分三、四次才能完成。在以前的加油脂中，由于没有经验也没有详细规定加油的操作步骤，加油时工作人员都是一次性将油脂加入，然后轴承温度就直线异常上升。
1.泵轴承油脂的自我更替
在讨论根本原因之前，先解释一下泵轴承油脂的自我更替。给泵轴承新加的油脂，油脂并没有直接加到轴承的滚珠和滚道上，而是首先加到轴承的外围。油脂的更替有两种情况，在运行的时候加油脂，那么油脂依靠油枪压力就会挤入到轴承的滚道中去；在正常的运行过程中，轴承也会自动将流动性差的老油脂排除，而将新的流动性好的油脂逐渐吸到轴承的滚道上来。下面从微观动力学角度来解释后一种自动更替过程，参考图1中的模型。
图1是一个简化后的物理模型，滚珠滚动，滚道简化为一道直壁板，中间是油脂层，滚珠表面接触压力极大，此时滚珠和滚道的接触区域会发生弹性变形，并且油的粘度不再是恒定的，在极大压力作用下，油膜具有很大的弹性模量，此时可以认为油膜的厚度接近恒定值。当滚珠刚滚过油膜时，油膜入口压力骤然升至极高的压力，此时由于油膜粘度极大，油膜即使很薄，也来不及分开，接触区域已经滑过，而接触区域的出口，压力突然接近于零值，此时油膜压能转化为动能，流动速度加大，一部分油脂脱离原油膜，同时由于空间突然争大，压力被释放而急剧降低，压力低过周围油脂压力，使得旁边的流动性好的油脂向出口区补充，新补充的油脂会随着滚珠的滚动又进入进口区，这样就实现了油脂的动力性流动，即一部分流出，一部分流进。那些流性差的老油脂则逐渐地被排挤出滚道。轴承正是在这种压力的变化和新老油脂的流动性差异下，实现了油脂连续流动和新老油脂的更替。
2.油脂的自然消耗
矿物油脂是矿物基油和添加剂通过稠化剂稠化而成。它是从原油中经过蒸馏制成的，实际是以各种烃为主的多种成份的混合物。这些物质在性能上略有差点异，当设备运行的时候，这些差异会导致矿物基油从稠化剂中分离出来，其组份也会产生各种反应而变质，温度越高变质越快。滚动轴承中，轴承润滑遵循弹性流动压润滑理论，此时接触应力可以达到1-4万大气压；金属表面将发生弹性变形；由于高压，润滑油脂的粘度不是恒定的数值。其润滑的整体状况取绝于油脂厚度分布和弹性变形分布。在高温极压的作用下，润滑脂中的基油和稠化剂会分离，基油析出，形成油蒸汽蒸发或者液体流出，而油脂由于逐渐脱油变干，会失去润滑承压的功能，所以需要定期补充新油，以保证轴承的健康运行。
3.加油过程分析
排水泵轴承油脂不是加得越多越好，也不是越快越好，如果油量过多，不仅会增加油脂内磨擦而产生热量，而且会阻碍油脂散热，导致温度升高。而温度升高，会使油脂粘度下降，同时流动性增大，散热效果变好，使得轴承温度逐渐下降，最终回落到设计温度。这相当于一个负反馈，使得轴承温度总是往设计温度方向平衡。
在正常运行状态下，排水泵轴承温度是稳定的，润滑脂因运行产生的热量和散热在设计温度下达到平衡。当在运行状态加油脂时，油脂是一枪一枪加入的，间隔时间比较长，加油速率非常低，新油和老油融合在一起，所以只会导致轴承温度缓慢上升，但随着油脂温度升高，油粘度下降，流动性增加，散热好，产生热量少，温度朝着下降的趋势走。最终在设计温度下达到平衡。现场表现就是加油脂后温度上升，经过一段时间运行后，温度达到正常。
但是对于排水泵推力轴承，由于轴承室设计不合理，两个轴承并排靠在一起，内部散热不佳（见图2），油脂要穿过两个并排轴承的阻力非常大，况且该泵加油油嘴既不在中间（若在中间，新油会靠油枪压力向两边挤压，将两个轴承内的老油替换），也不是在上面（油嘴在上面新油则可以利用重力、流动性和油枪的挤压力顺利地将老油更换），而是在两个轴承的下面。新加的油，在油枪的作用下，一部分会往下掉，从间隙中流走，一部分靠压力极其缓慢的向上挤，把上轴承的老油挤掉。这中间还有一个过程，如果因排油阻力大致使上推力轴承的油脂消耗得不到补充时，那么该轴承的油脂基油被消耗，但是稠化剂和添加剂并不会被消耗，局部油脂相对变稠。变稠后，不仅更难被替换，而且内摩擦阻力会增大。在这种情况下，如果一定量的油脂稠化到一定的程度，从冷态时启动泵也会发生轴承温度上升现象，高到一个足够高的温度，油脂的流动性能够克服排油通道的阻力，就能够将温度降低。现场表现就是在没有加油脂的情况下，被切换的泵轴承温度升高，运行一段时间后，温度又降低。某些情况下，当泵停止运行之后，润滑脂会得到冷却，粘度增大，此时再启动泵，由于油的粘度已经比正常运行时更大，使它的流动性减小，散热效果差；如果同时轴承室内油量过多，产生热量反而大，散热和产生热不能达到平衡，温度一直上升，直到温度上升到油粘度变得足够低，散热在过产生热，流动性增大，多余油脂排出，在散热和产生热在一个新的动态平衡过程中，轴承温度降低，恢复到正常。这种情况现场出现过好多次。如果在补油过程中，加油过猛，会很快打破散热和产生热的平衡，导致温度上升，这就是以前没有详细规定加油步骤的时候，猛一加油温度就上升的根本原因。
4.排水泵轴承温度高的根本原因
轴承室设计不合理，导致轴承散热和排油都不顺畅，油脂的产生热和散热难以达到平衡，导致轴承温度上升，这就是排水泵轴承温度异常升高的根本原因。再加上油脂过多（因为这种设计的轴承室比较难以消化这些多余的油脂），所以才会诸多发热现象。有时加油脂量过多，或者加油脂太猛，导致轴承温度升高。有时加油脂方法不当而导致温度上升。（事实上，其它设备加油脂也导致轴承温度升高，但由于上推力轴承室结构不合理，降温过程显得漫长而引人注目。）
三、解决排水泵轴承温度高的办法
如果轴承室油脂量已经加多并且持续高温，可以有两种方法处理：一种是在泵运行时用干净的压缩空气将多余的油脂吹出，轴承温度会降低，此时注吹油脂的持续时间不能太长，否则油脂吹至过少，也會导致轴承温度降低后再次升高；另一种是通过外部冷却轴室，经过长时间的运行后，轴承室的油脂掉出，温度自行降低。要消除加油脂后轴承温度升高的现象，可以采取少量多次加油脂的方法，并同时减少每次所加的油脂量。彻底解决排水泵轴承温度高的问题，就需要更换改轴承室设计，使得轴承排油阻力小，内部散热好。
四、结束语
综上所述，排水泵轴承温度高现象根本原因，是设备设计本身具有的一些先天缺陷造成的。尽管如此，技术部门一直致力于该问题的改善。希望通过维修方面的改进，最大限度的减少此现象的出现，使得设备处于一个良好的健康状态。