核电站海水循环水泵推力轴承温度高的分析及处理

2016年第44卷第2期陕西电力技术应用2016，Vol. 44 No.2SHAANXI ELECTRIC POWERTechnology Application核电站海水循环水泵推力轴承温度高的分析及处理焦红瑞,王峰(1.中广核工程有限公司设备采购与成套中心，广东深圳518000;2.深圳中广核设计有限公司核岛系统所,广东深圳518000)摘要:红沿河核电站海水循环水泵在调试过程中出现泵推力轴承温度高、无法稳定的问题。为解决这-问题，分析了轴承温度高无法稳定的根本原因,提出了增加外置冷却器和更换润滑油的解决方案,并通过计算和试验验证了处理方案的可行性。关键词:海水循环水泵;推力轴承;温度高中图分类号:TM621文献标志码:A文章编号:1673-7598(2016)02 -080-03Analysis and Treatment of High Temperature in Circulating WaterPump Thrust Bearing for Nuclear Power StationJIAO Hongrui, WANG Feng(1. China Nuclear Power Engineering Co, Ltd., Shenzhen 518000, China;2. Shenzhen China Nuclear Power Design Co, Ltd, Shenzhen 518000, China)Abstract: The temperature of thrust bearing in Hongyanhe nuclear power station cireulating water pump increases rapidly and cannotbe kept stable during commissioning period. In order to solve this issue，the paper analyzes the root cause of the high temperatureand instability , proposes the solution to the issue by adding extemal cooler and changing lubricant, and verifies the availability of thesolution through calculation and site test.Key words: circulating water pump; thrust bearing; high temperature1概述冷却水循环水泵的功能是通过2条独立的进水渠向每台机组的冷凝器和辅助冷却水系统提供冷却海7oC轴承室水-2。红沿河核电站每台机组有2台循环水泵,正常运行时2台泵同时运行。45035C循环水泵具有轴向吸人口和混凝土蜗壳,由电机经减速齿轮箱驱动叫。红沿河核电站海水循环图1 轴承室冷却方式示意图水泵推力轴承采用滚柱轴承，轴承型号为NKE-次运转1.5 h左右,推力轴承温度上升至87 C且仍有29484- -E- MB,润滑方式为闭式油浴润滑,润滑油加缓慢上升趋势,无法稳定, (跳泵温度为90 C),试验注在轴承室,牌号Sell 68。在轴承室底部设计有冷却结果如图2中国煤化工持续运行。水室对轴承室润滑油进行冷却(见图1),冷却水由本文通YHC N M H G缺陷及润滑油选常规岛闭试冷却水系统提供,循环冷却。择错误是导致轴承温度持续升高的根本原因。通过在红沿河核电站调试过程中海水循环水泵首增加外置冷却器和更换润滑油解决了轴承温度高的第2期焦红瑞,等:核电站海水循环水泵推力轴承温度高的分析及处理滑油膜,润滑油粘度应保证在工作温度下不丧失其温升曲线最低粘度,-般轴承承受较重负荷时,应使用较高粘90! 60度的润滑油。红沿河项目中设计采用的润滑油型号为ShellTellus 68,由于轴承发热量计算错误,实际发热量大383:504:03 4:284:535:1于设计值,过多的发热量导致润滑油温度升高、粘度时刻降低,进而无法确保足够的润滑油膜,极有可能导致图2循环水泵 首次启动推力轴承温升试验结果油膜失效，发生金属接触的现象。- -旦发生金属接缺陷4。触,即会产生更大的热量,最终导致监测到的轴承温度持续升高,无法稳定。2原因分析2.3轴承室设计泵运行中通过红外测温装置测得轴承室润滑油2.1轴承发 热量计算错误在设计初期基于SKF(轴承品牌)轴承数据进行温度分部不均匀,有明显的温度阶梯,在靠近轴承位发热量设计计算,实际更换轴承牌号后没有更新设置润滑油温度较高，靠近下部冷却水室位置温度较计计算过程是导致发热量计算错误的根本原因,经低,如图1所示,表明润滑油在轴承室内没有形成循新轴承厂家核实，发热量的计算模型并不精确,有环,出现了分层现象。而轴承室设计空间较小，阻碍30%的误差,根据最新计算结果，最大发热量可能达了润滑油循环,使得润滑油无法充分混合,进而随着到9 kW ,平均值约6 kW。轴承发热量计算结果如表1温度的升高加剧这一分层现象。这种润滑油分层现象使得冷却水只与底层润滑所示。油进行热交换,而推力轴承附近的热量无法被带走，表1轴承发热量计算结果破坏了热平衡,进一步加剧了轴承温度无法稳定的基于SKF发热量设计值kW轴承厂 家估计值/kW设计误差/kW问题。1.264.8同时,为验证发热量计算问题,本文根据Dittus-3解决方案Boelter强制对流换热关系式对轴承冷却装置的冷却能力进行了核算，最终得出实际发热量约为7 kW,3.1增加外置冷却器远大于循泵厂家最初的设计值。采用的计算公式增加外置冷却器可以提高系统的冷却能力,通如下:过油泵进行润滑油强制循环，可以改善并重建轴承Q=h.A●OT(1)室内油循环,使轴承室内润滑油得到充分混合,进而h= k.Nu(2)了解决了润滑油分层现象。D%红沿河项目首先采用了风扇冷却的外置油冷器Nu=02 023ReMPpP3(3) 进行试验 图3为增加外置冷却器的试验结果,图3中式中:Q为发热量;h为对流换热系数;A为截面积;可以看出，增加外置冷却器的方式有效解决了推力AT为温差;k为水的导热系数;Nu为努塞尔数;D.为轴承温度无法稳定的问题，最终轴承温度稳定在水力直径;Re为雷诺数;Pr为普朗特数。50 C~60 C左右。由于实际发热量大于设计值,虽然冷却设计仍80r然可以包络修正后计算的发热量，但考虑计算误70-差、设备制造等因素,当前的冷却装置已经没有设) 60-计余量。不同厂家轴承的摩擦系数不同,发热量有一定程度的差异, 泵厂家基于SKF轴承参数进行设鼻30-计是不合理的。20 |中国煤化工2.2 润滑油粘度选择错误HCN MH GEES£润滑油的粘度大小是形成润滑油膜好坏的前提,为使滚道与滚动体接触表面间形成足够厚的润图3增加外置冷 却器后的试验结果8陕西电力第44卷3.2选择较高粘度的润滑油」冷却水选择合适的润滑油对轴承的润滑和工作寿命是至关重要的,因此更换高粘度的润滑油可以确保润滑油膜的建立和轴承的使用寿命。核电站更换白Omala 150HD新油后再次启动循环水泵进行试验,试验表明采用润滑油Omala 150HD使稳定后的轴承电」」温度降低了10 C,从而减小了单位时间换热量,图轴承室4、图5分别为采用68号、150号粘度润滑油冷却器单冷却水室位时间换热量的曲线图以及轴承和冷却水温差变可滑油化曲线。从图4、图5中可以看出采用高粘度的润滑图6最终方案原理图油，单位时间换热量更接近轴承厂家评估的轴承发热量(6~6.5 kW)。因此,采用较高粘度的润滑油使4结论轴承室内热交换达到了平衡,从而有效改善了轴承发热过大的问题。文章通过分析和计算得出发热量计算错误和润5-士冷却器换热量滑油粘度选择不当是导致循环水泵轴承温度高且无0-法稳定的主要原因。并提出了增加外置冷却器的改进方案，通过试验得出增加外置冷却器可以提高系统的冷却能力,改善并重建轴承室内的润滑油循环，使轴承室内润滑油得到充分混合，进而解决了润滑油分层现象。同时更换高粘度的润滑油可以有效解决轴承发热量过大的问题，使轴承室内热交换达到试验时间了平衡。最终方案的选择考虑了系统设计的安全冗图4 润滑油Tellus 68试验结果余因素,使得泵运行更加稳定。30-十冷却器换热量参考文献25冷却器关、润20[1]何川,郭立君.泵与风机[M].北京;中国电力出版社，满15-冷却器开2008.-10[2]李勇德.300MW机组立式循环水泵组上导轴承温度号号员员员员高的原因分析及处理[J].陕西电力,2015,43(2):76-79.3] 武清波,何金玲,梁宇哲, 等.核电站用混凝土蜗壳式循圉5润滑油Omala 150HD试验结果环水泵的系统及结构[J].水泵技术,2012, (2):17-19.3.3最终方案最终方案采取1用1备的冷却器设置方式,外[4]陈军琦.核电站重要厂用水泵轴承温度异常波动的处理[].水泵技术,2009,(6):36 40.置冷却器采用冷却水循环换热器，以避免环境温(责任编辑徐娜娜)度变化对轴承冷却造成影响。外置冷却器配备了专用控制箱,采用PLC就地自动控制,实现2台冷却收稿日期:2015-02-21器定期自动切换功能。外置冷却器的设计方案如作者简介:焦红瑞( 1985 ),女,山西大同人，硕士,工程师,从事核电图6所示。站设备技术管理方面的工作。中国煤化工YHCNM HG