斜轴泵推力轴承异常发热原因分析和处理

尹 倩，金棋武，张天山

（1.浙江江能建设有限公司，浙江 杭州 310020；2.浙江省水利水电工程质量与安全管理中心，浙江 杭州 310012；3.浙江广川工程项目管理有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

推力轴承是轴流泵的关键部件，承担了主机组的径向载荷，其最主要的作用是支撑主轴，轴承的安装精度直接影响主轴的安全运转。推力轴承的安装保证主轴只能在固定位置上转动，防止发生轴向、径向的位移。不仅如此，轴承转动会发生势能变化，机械能转变为大量热能。必须做好轴承的冷却和润滑，减少轴承内外部摩擦及损耗，防止出现轴瓦烧粘，防止过热导致自身老化，延长轴承使用寿命。综上所述，推力轴承的科学安装是极为关键的步骤，对机组是否能安全运行起到重要作用。

2 故障情况说明

某排涝工程泵站设计排涝流量200 m3/s，为大（Ⅰ）型泵站。泵站设轴流水泵4台，水泵型号3560ZXQ50-3.65，斜30°布置，单机设计流量50 m3/s，配套电动机型号为TKS900-8，转速为750 r/min。泵组设备2015年6月完成安装并投入使用，安全运行了6个汛期，在城市防洪排涝方面发挥了巨大作用。

2020年6月某日，4#机组完成大修后，在额定工况之下于14：48时进行试运行。期间发现推力轴承加油孔处有白烟冒出，推力轴承温度升高明显过快，运行20 min从21.1 ℃升至65.2 ℃，且没有放缓迹象，紧急停机后，温度继续上升至75.0 ℃。从开始运行到正式停机，运行时间为22 min，期间温度上升53.9 ℃，平均上升2.45 ℃/min，温度记录见表1，运行时间和温度变化关系曲线见图1。由图1可见，温度上升过快，如果机组继续运行，预计后期可能会达到厂家设定的报警温度85.0 ℃和紧急停机温度95.0 ℃，所以在15：08时手动紧急停机，探究推力轴承异常发热原因。

表1 试运行温度记录表

图1 温度与时间关系图

根据上述现象，安装和运维单位联合原厂家和设计方等专家立即着手分析产生故障的原因，制订多项解决方案，逐项测试验证。本文着重对此次异常发热现象的原因和解决方法进行解析。

3 故障诊断及处理

3.1 确定故障方向

根据现场专家组意见和水泵安装经验，分析得出造成推力轴承异常发热的原因有以下几种可能：一是轴承安装精度不足，需要检查安装记录表并重新测量数据，对重点部位重新安装；二是润滑油质量和数量不满足要求，需要对油质进行检测，再对轴承润滑效果进行观测，检查油中是否有铁屑等杂质，重新更换润滑油；三是冷却水供应不足，需要检查技术供水水压和水量，必要时增开技术供水泵；四是轴承与轴承支座过盈配合，需要检查轴承与端盖间隙、轴承与哈呋面间隙，多次调整试验，找到最适合的间隙，保障轴承安全运行。

3.2 原因分析和处理措施

为确保本次故障妥善解决，检修团队按照专家组给出的故障排查方向逐一测试排查，并逐项按要求进行处理。

3.2.1 轴承安装精度偏差

轴承安装精度与轴承发热密切相关。当螺栓紧固后轴承压盖和轴承端面间隙值低于设计最小值或者轴套与轴内衬预留间隙低于设计最小值时，水泵运转产生摩擦会导致温度上升过快；另外，当分半轴承安装间隙过紧、轴承座中心偏差过大、推力瓦研刮未达到标准等会导致轴与轴承间受力不均匀，从而导致运行时温度超标。

检查安装质量评定表（见表2）后，未发现明显超出范围值的数据。为了排除安装测量的误差，决定对重点部位拆除并重新安装。采用更科学的监控手段，运用专业计量器具测量各间隙，增强楔子板调节螺杆，将螺纹的牙距由粗改细，反复多次调整推力瓦受力均匀度，保证同心度和中心偏差满足设计要求。推力轴承部件的密封件全部更换。复测的安装记录见表2。

表2 安装质量评定表

通过本次更科学严谨的安装，并经过监理和业主的联合复测，确保轴承的安装精度满足设计要求。

3.2.2 润滑油质量和数量检查

设计采用的是L-TSA46汽轮机油，检查油品质量非常关键。本次事件发生时水泵运转声音未出现异常，温度却上升较快，可能由以下原因导致：一是加入的汽轮机油不够时，润滑过少导致摩擦力增大，温度骤升；二是加入的汽轮机油过多时，空间过盈无法散热，温度也会升高；三是当轴颈与轴承之间未形成动态油膜或是油膜过薄、过厚都会导致摩擦异常，轴承发热。

首先对油质送检，确保无变稀或液化现象，再化验润滑油在抗高温性能上的表现，即温度超过70 ℃后油脂的黏度是否发生改变。化验结果显示，油质符合设计要求且未发现明显结构变化。与此同时，现场检查润滑油清洁无杂质，排除安装后未清洗干净轴承外表面的原因。重新加油，注油量满足轴承室的1/2~2/3，控制在设计规定的范围内（见图2），一边加油一边盘动轴承确保均匀性。静置检查，未发现漏油现象。经过上述处理，可以将润滑油问题导致故障这一因素排除。

图2 推力轴承油位和冷却水示意图

3.2.3 冷却水系统

机组运转过程中，需要按照设计规定不间断供应冷却水。当供水量较低、压力不够或者冷却水系统管路堵塞或淤积时，都会导致供应轴承的冷却水量不够，致使摩擦产生的热量无法被传递，直接造成推力轴承温度异常。

排除冷却水方面故障，首先检查冷却水进出水的配水架上所有阀门和管路。阀门全部按要求打开或关闭、闸板无损坏、阀门不漏水、水管无渗漏、反冲冷却水系统管路通畅无堵塞，推力轴承上出厂时临时封堵的4处丝堵（冷却水进水口）已按要求拆除。检查发现水管上示流信号器输出信号正常，4#机组冷却水流量大于280 L/min（出厂要求为260 L/min），2台技术供水泵工作正常，重新调整闸阀确保冷却水压力保持在0.2~0.3 MPa，冷却水进水处见图2。冷却水系统经检查测试后确认无故障。

3.2.4 轴承与轴承支座过盈配合

过盈配合是机械设备在安装过程中，零件间需要十分紧密配合，防止连接发生脱落或传递较大扭矩。但是如果推力轴承的轴瓦与端盖之间配合得过紧，导致轴承和支承座一直处于受压状态，在互相挤压状态下，轴承的径向间隙变小，造成运转时主轴与轴承之间摩擦力增大，可能会导致滚动轴承被端盖摩擦，产生过盈配合，造成推力轴承异常发热。更甚者注入的润滑油会被压迫流出，轴承与轴之间没有间隙以至于不能产生油膜，摩擦系数增大，产生大量异常热量。此次故障处理需要确保径向轴承（球面滚子轴承）端轴承压盖与轴承端面间预留0.1~0.2 mm的间隙，确保转子对中时轴套上端面与轴承内衬间预留1.0~2.0 mm间隙。

轴承与支座间配合面的承载能力和安装产生的应力对过盈技术很敏感，需要经过反复试验调试。根据现场专家的安装经验，决定先排除轴承座分半端盖处接触过紧问题。稍微增大轴瓦间隙，将轴承套端盖的紧固螺栓处增加0.5 mm青稞纸垫后开始试运行，机组运行12 min左右，温度从38.4 ℃升至75.1 ℃且未有放缓迹象，试验效果不理想。

再考虑增加轴承盖哈呋面间隙，在轴承盖哈呋面处增加0.5 mm青稞纸，组织再次开机。机组运行28 min，温度从23.5 ℃上升至76.8 ℃，温度上升速度有一定的放缓，但温度仍旧无法稳定，故还需继续增大间隙值，减少过盈量。

最后削薄推力轴承上盖的塞条（见图3）减少过盈量，试验时考虑以0.1 mm为变量。返厂经车床一次性刨掉0.2 mm，安装时先加垫0.1 mm紫铜皮，再测试40 min，温度由25.3 ℃上升至78.6 ℃，平均上升1.3 ℃/min，温升速度进一步放缓。取出紫铜片，再运行3 h，温度从25.0 ℃上升至71.2 ℃，平均上升0.3 ℃/min，温升速度放缓明显，特别是随着运行时间增加，温度增加更加缓慢。通过试验，最终达到理想效果。

图3 推力轴承塞条位置示意图

通过上述对推力轴承和支承座不同接触面的加工并反复试验运行（端盖和哈呋面各自增加0.5 mm青稞纸垫、上盖塞条车薄0.2 mm），减少各处的过盈间隙，找到满足该轴承合适的过盈状况，恰当合理地消除推力轴承的过盈隐患，最终解决了推力轴承异常发热的难题。

图4 过盈配合和公差带示意图

4 结 语

4#机组推力轴承异常发热处理完成后，经24 h不间断试运行，各项数据正常。通过分析推力轴承测温元件的记录数据，连续运行的温升符合标准，轴承最高稳定温度为70.0℃（室内温度28.0℃），完全符合技术要求。本次实践证明，对斜轴泵的推力轴承异常发热原因分析与处理是正确的，同时也对高效、精准地解决大修后的运行故障提供了思路。