探討核電廠軸承補脂間隔和加脂量

何 亮，馬紅軍，譚劍鋒

（廣研檢測（廣州）有限公司，廣東廣州 510700）

0 引言

目前國內(nèi)核電行業(yè)已有30 余年的發(fā)展歷程，隨著科技發(fā)展和設(shè)備的更新?lián)Q代，對核電運維的要求逐步提升。

因為核安全的重要性，再加上設(shè)備零部件因磨損失效占比高達80%，50%以上的機械裝備的惡性事故都源于潤滑失效和過度磨損[1]，有效的設(shè)備潤滑維保尤為關(guān)鍵。目前，核電廠設(shè)備潤滑維護管理基本以操作規(guī)程文件進行定期維護，屬于計劃性維修，大部分用脂設(shè)備的補脂周期和補脂量均參照設(shè)備廠商提供的設(shè)備運行與維修手冊執(zhí)行，未考慮設(shè)備工況及所處環(huán)境，缺乏科學(xué)性。

近些年致力于提升核電廠的設(shè)備潤滑管理，對于核電廠的補脂周期和補脂量進行了相關(guān)研究，以實現(xiàn)脂潤滑設(shè)備精準潤滑，保障核電廠設(shè)備運行的可靠性和安全性，延長設(shè)備使用壽命。

1 補脂間隔選擇

如同商品有保質(zhì)期一樣，潤滑脂也是有使用壽命的，主要由于剪切作用和老化，其潤滑性能會隨著設(shè)備的穩(wěn)定運行中逐漸降低，在使用過程中金屬磨料也會逐漸增多。因此，在多數(shù)情況下必須隔一定時間進行加脂。實際上補脂間隔需要考慮的因素較多，主要因素有如下8 個。

1.1 確定軸承型號

不同的設(shè)備在特定工況會使用不同黏度的潤滑劑，同樣軸承的構(gòu)造及環(huán)境也會影響軸承的加脂量和補脂周期。軸承的種類有很多，按照摩擦方式可以分為滑動軸承和滾動軸承，而滾動軸承大部分是采用潤滑脂潤滑，所以首先需要確定軸承的類型。決定補脂間隔的主要參數(shù)有軸承轉(zhuǎn)速n、軸承的外徑D、內(nèi)徑d和寬度B 等。

1.2 溫度

溫度是影響潤滑脂性能的非常重要的因素，潤滑脂會因溫度的上升而加速老化。溫度對于潤滑脂的流動性具有很大影響，溫度升高，潤滑脂變軟，使得潤滑脂附著性能降低而易于流失。另外，在較高溫度下潤滑脂的蒸發(fā)損失增大，氧化變質(zhì)與凝縮分油現(xiàn)象嚴重。在溫度下降時潤滑脂硬度會增加，影響正常輸送，造成潤滑脂不能及時到達潤滑點，設(shè)備冷啟動時缺乏潤滑。

研究表明，軸承工作溫度超過70 ℃時，每升高15 ℃補脂間隔周期將減半，一般情況下補脂間隔時間不超過30 000 h。

1.3 水分

潤滑脂中過多的水分將嚴重影響設(shè)備的潤滑效果，必須將脂中水分含量控制在盡可能低的程度。當(dāng)設(shè)備受到水分影響時，應(yīng)比理想的補脂周期更為頻繁地對軸承進行潤滑，以降低油膜強度被破壞、潤滑脂流失的風(fēng)險。

1.4 振動

一般的振動不會對油脂壽命有太大影響，但劇烈的振動和沖擊（如礦山設(shè)備）可能導(dǎo)致潤滑脂乳化。在這種情況下應(yīng)縮短補充潤滑間隔。如果潤滑脂變得太軟，就應(yīng)使用機械穩(wěn)定性好或更高稠度的潤滑脂。

1.5 負載

設(shè)備軸承起到支撐、固定和傳遞力矩等作用，而軸承摩擦副之間依靠油膜減少摩擦，油膜的厚度將直接影響它們的傳動效率。故當(dāng)設(shè)備運行負載較大時，應(yīng)該適當(dāng)減少補脂周期的間隔，以保證一定強度的油膜，降低摩擦、減少磨損；當(dāng)設(shè)備運行負載較輕時，理應(yīng)適當(dāng)延長補脂周期，降低能耗、節(jié)約成本。

1.6 粉塵

粉塵一般來自于外界，當(dāng)設(shè)備密封性不好或一些長期露天的設(shè)備會受粉塵影響較大。有無粉塵屬于污染因素一種，長期存在可能會使?jié)櫥瑒┑酿ざ仍龃蠡驕p少，從而引起磨損破壞、導(dǎo)致密封失效等危害。在這種情況下，潤滑脂會因異物入侵造成機械剪切作用不斷地消耗，故應(yīng)在必要時候進行補脂。

1.7 軸承安裝位置

一般軸承安裝位置有水平安裝、垂直安裝及45°安裝3 種方式。安裝位置對軸承的加脂量有小幅影響，因為潤滑脂在隨設(shè)備運行時會受到不同方向的力作用，造成不一樣的消耗。與其他兩種方式相比，垂直安裝（即臥式安裝）的補脂周期較短。

1.8 軸承補脂周期計算

根據(jù)以上因素分析，得出了一個計算軸承在首次加脂之后的補脂間隔的經(jīng)驗公式。因受到以上因素影響，故給上述條件設(shè)置一個波動的系數(shù)范圍（0.1～1.0），從而得到不同的補脂間隔。補脂間隔T 與軸承結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和環(huán)境條件有關(guān)。

式中 K——大因子，K=Ft×Fc×Fm×Fv×Fp×Fd

n——轉(zhuǎn)速，r/min

d——軸承內(nèi)徑，mm小因子Ft、Fc、Fm、Fv、Fp和Fd等，受設(shè)備工況和安裝位置影響而選擇不同值（表1）。

表1 因子與不同條件狀況分類選擇系數(shù)

核電廠部分設(shè)備是停機切換運行或運行時間間隔極短，這種加脂情況下：如果設(shè)備實際運行時間沒有達到連續(xù)運轉(zhuǎn)的補脂間隔時間，其補脂間隔應(yīng)為一年一次或大修時候加一次脂；如果大于連續(xù)運轉(zhuǎn)的補脂間隔時間，則按正常補脂周期進行加脂維護。

2 加脂量的核算

2.1 加脂量對軸承的影響

加脂量的多少會影響設(shè)備的正常運行：量加多了，不利于散熱，引起局部高溫，降低潤滑脂的使用壽命；量少了，則不足以形成潤滑油膜，不能及時對設(shè)備摩擦副形成潤滑保護，造成設(shè)備的磨損。圖1 為不同加脂量情況對軸承溫度的影響：圖1a）為正確的加脂量，剛開始填充的時候溫度逐漸上升，但軸承內(nèi)潤滑脂分散均勻后溫度恢復(fù)至原始狀態(tài)，隨后趨于平穩(wěn)；圖1b）為加脂量不足情況，隨著設(shè)備的運行，潤滑脂在消耗和揮發(fā)，最初有短暫的溫度下降，但由于潤滑不足，兩摩擦副之間摩擦增大，溫度會逐漸上升；圖1c）為加脂量過多的情況，軸承運轉(zhuǎn)過程中因潤滑脂過度攪拌和混合摩擦，溫度將會逐漸上升，直到到達一個平衡條件。但過多的潤滑脂易造成無法散熱，溫度不會降低。

圖1 加脂量與軸承運行溫度關(guān)系

2.2 軸承加脂量計算

2.2.1 初次加脂

使用軸承座的情況下，初次潤滑時建議對軸承（軸承內(nèi)外圈）進行100%的潤滑脂填充，軸承座內(nèi)的自由空間填充30%～50%。當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速小于1500 r/min 時，填充量為軸承自由空間體積的40%～50%，其余部位加滿；當(dāng)轉(zhuǎn)速大于3000 r/min 時，填充量為軸承自由空間體積的20%～30%，其余部位加滿。

2.2.2 定期加脂

軸承在首次加脂后，定期潤滑維護是設(shè)備安全平穩(wěn)運行的關(guān)鍵，近年來總結(jié)出一套加脂補充公式：一是從軸承的一端（側(cè)面）補脂，補脂量為G=0.005D×B；二是從軸承的中間補脂，補脂量為G=0.002D×B。

核電廠的維護大多數(shù)是以大綱計劃周期進行潤滑維護，只要到時間即加脂，無論設(shè)備是否持續(xù)運轉(zhuǎn)或停機切換運轉(zhuǎn)等情況。這種情況往往需要更精準的加脂量才能保證核電廠的安全和可靠性，故認為可以通過文獻[2]中所提的計算方式和結(jié)合核電廠補加脂間隔，對應(yīng)選擇公式中G 的系數(shù)X 值，具體可選0.002、0.003、0.004（分別對應(yīng)每周、每月、每年補充潤滑周期的加脂量）。對于放置大于兩年以上的不運行軸承，建議的補充潤滑量為Q=0.01×D×B。通過此方式計算出理論值后，再考慮實際操作性，適當(dāng)增加補脂量即可，從而得到加脂量Q1。但根據(jù)核電廠的特殊性，設(shè)備有連續(xù)運行和中間停機切換（不連續(xù)）運轉(zhuǎn)兩種條件，故加脂量可以分兩種情況來確定。

（1）對于連續(xù)運轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量確認。假設(shè)某電廠的原始加脂量為Q2，若-5 g≤Q1-Q2≤5 g，最終加脂量為原始加脂量Q2，保持原來值不變；否則以加脂值Q1為主，再和核電廠實際情況作微調(diào)。

（2）對于中間停機切換（不連續(xù)）運轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量確認。以連續(xù)運轉(zhuǎn)設(shè)備加脂量為基準，先加其80%左右，觀察溫度情況，再補加，如無異常，按正常加脂補完。

3 結(jié)論和建議

由于核電廠對安全性的要求特別高，所以對核電廠設(shè)備的潤滑要做得更精細和更精準，才能更好地維護核電廠的設(shè)備安全性。核電廠有必要加強潤滑精準化，確保不同文件（設(shè)備運維手冊、潤滑程序、大綱計劃）潤滑信息的準確（如補脂間隔、補加脂量)。但不能僅僅通過理論經(jīng)驗計算，還需要依靠現(xiàn)場的經(jīng)驗來不斷實踐、改善、更新。只有理論和實踐結(jié)合為一體，核電廠軸承的潤滑加脂優(yōu)化才更有意義。