一次風(fēng)機(jī)推力瓦損壞原因及處理方法

甘 政，代澤華，鄧 微

(四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司 檢修維護(hù)部，四川 內(nèi)江 641005)

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一次風(fēng)機(jī)推力瓦損壞原因及處理方法

甘 政，代澤華，鄧 微

(四川白馬循環(huán)流化床示范電站責(zé)任有限公司 檢修維護(hù)部，四川 內(nèi)江 641005)

四川白馬循環(huán)流化床示范電站300 MW機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)在每年夏天運(yùn)行時(shí)，其驅(qū)動(dòng)端軸瓦的溫度都會(huì)較高，平均在80 ℃左右。當(dāng)溫度超過(guò)85 ℃時(shí)，推力瓦會(huì)由于高溫而造成損壞?，F(xiàn)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行改造，采用外循環(huán)油系統(tǒng)對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻。改造結(jié)果表明，使用外循環(huán)油結(jié)構(gòu)對(duì)滑動(dòng)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑優(yōu)于自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，使其運(yùn)行時(shí)的平均溫度降低至55 ℃，提高了設(shè)備的可靠性。

一次風(fēng)機(jī)；推力瓦；油系統(tǒng)；換熱性能

四川白馬循環(huán)流化床示范電站300 MW機(jī)組一次風(fēng)機(jī)由意大利Baldrachi公司生產(chǎn)。風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)為單吸、雙支撐結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)

風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸瓦采用美國(guó)(DODGE)道奇公司的RTL動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承。上支撐軸瓦內(nèi)部設(shè)置前后兩副推力瓦來(lái)平衡風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的軸向力。冷卻系統(tǒng)是利用軸瓦內(nèi)部冷卻水倉(cāng)腔體來(lái)對(duì)軸瓦進(jìn)行降溫，并對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行冷卻。在夏季運(yùn)行過(guò)程中，靠電機(jī)側(cè)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)端軸瓦溫度一直在80 ℃左右，增加了設(shè)備的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)機(jī)溫度變化曲線如圖2所示。

圖2 風(fēng)機(jī)溫度變化曲線

1 原因分析

1.1 軸瓦溫度

當(dāng)風(fēng)機(jī)在高溫狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，對(duì)風(fēng)機(jī)軸承溫度、油溫、支撐軸瓦溫度、推力軸瓦溫度進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果如圖3所示。風(fēng)機(jī)推力軸瓦處溫度最高，達(dá)到82 ℃左右，支撐軸承的溫度在75 ℃左右，油溫在65 ℃左右，當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度為40 ℃。對(duì)軸承進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，非工作推力瓦有輕微磨損痕跡，這是由于推力瓦溫度過(guò)高而造成軸瓦溫度整體偏高，使軸承損壞。對(duì)軸瓦的安裝間隙、主軸水平度、電機(jī)磁力中心、聯(lián)軸器中心等進(jìn)行檢查，這些數(shù)據(jù)都在合格范圍內(nèi)。

圖3 軸承溫度分布

確定推力瓦溫度過(guò)高后，發(fā)現(xiàn)磨損的推力瓦主要集中在副推力瓦上。根據(jù)單吸式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中有一個(gè)指向入口的軸向推力，如圖4所示。

圖4 風(fēng)機(jī)軸向推力

一般情況下，靠近風(fēng)機(jī)吸入口側(cè)的推力瓦為工作瓦，而對(duì)稱(chēng)的是非工作瓦。根據(jù)非工作瓦的磨損情況可以判斷出熱源產(chǎn)生自這里。此外，當(dāng)風(fēng)機(jī)負(fù)荷偏大時(shí)，軸承溫度會(huì)緩慢降低；當(dāng)風(fēng)機(jī)負(fù)荷偏小時(shí)，軸承溫度會(huì)緩慢升高。這是由于在低負(fù)荷時(shí)，風(fēng)機(jī)吸入口安裝有防預(yù)旋器，造成氣流直接沖擊葉輪后盤(pán)，而此時(shí)風(fēng)機(jī)指向吸入口的軸向力偏低，最終軸向力指向非工作瓦，造成副推力瓦損壞；當(dāng)負(fù)荷升高以后，指向吸入口的軸向力逐漸增大，從而減少副推力瓦上的力，軸承溫度降低。

1.2 風(fēng)機(jī)推力及推力軸瓦承載力核算

1)風(fēng)機(jī)高負(fù)荷(全壓28 kPa)的軸向推力計(jì)算

其中，P為通風(fēng)機(jī)全壓，D為通風(fēng)機(jī)進(jìn)口直徑。

2)風(fēng)機(jī)低負(fù)荷(全壓20 kPa)的軸向推力計(jì)算

其中，P為通風(fēng)機(jī)全壓，D為通風(fēng)機(jī)進(jìn)口直徑。

3)推力瓦塊的承載力計(jì)算

推力瓦塊的極限承載力(油膜穩(wěn)定狀態(tài)下)為1.82 N/mm2(廠家提供)。

4)推力瓦塊校核

推力盤(pán)的內(nèi)徑為152 mm，外徑為245 mm，則推力瓦塊的承載力為

由此可見(jiàn)，推力瓦塊的承載力未超過(guò)極限承載力，滿(mǎn)足要求。

1.3 油膜最高溫度計(jì)算

由于采用油室?guī)в铜h(huán)供油，供油溫度θi為65 ℃，軸瓦溫升Δθ為17 ℃，油膜最高溫度為θmax=θi+1.5Δθ=90.5 ℃。而潤(rùn)滑油的密度會(huì)隨著溫度升高而減小，其承載能力亦會(huì)降低，從而導(dǎo)致油膜損壞。

1.4 推力瓦合金層及推力間隙檢查

將損壞的推力瓦拆卸下來(lái)進(jìn)行檢查，切除相應(yīng)的斷面，發(fā)現(xiàn)推力瓦合金部位有許多細(xì)小的裂紋，這些細(xì)小的裂紋是軸瓦疲勞損傷的一個(gè)典型表現(xiàn)，如圖5所示。通過(guò)檢查確定推力間隙為0.50 mm，符合0.35～0.55 mm的標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 風(fēng)機(jī)軸向瓦裂紋

1.5 冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)檢查

圖6 風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)

由圖6可以看出軸瓦結(jié)構(gòu)有缺陷，就是推力瓦油室底部無(wú)冷卻水室，這樣會(huì)造成支撐瓦換熱較好，而推力瓦換熱性能較差。由于潤(rùn)滑油采用無(wú)壓帶油環(huán)供油，潤(rùn)滑油帶走熱量的效果較差，這是由于潤(rùn)滑油沒(méi)有在軸瓦上冷卻到需用溫度就回到了軸承室。

檢查過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)，帶油環(huán)T型邊存在錐角情況，這個(gè)錐角會(huì)減少帶油環(huán)的供油量，如圖7所示。另外，推力瓦在中部，這里是供油最薄弱的區(qū)域，在冷卻條件不好、油量偏少的情況下，會(huì)直接影響軸瓦溫度。

圖7 帶油環(huán)

1.6 確定原因

通過(guò)之前的計(jì)算，一次風(fēng)機(jī)軸承損壞的主要原因在推力瓦上，而推力瓦經(jīng)過(guò)核算后，確定了整個(gè)瓦塊的承載力是沒(méi)有問(wèn)題的；而由于油量及冷卻系統(tǒng)的局限性，造成推力軸瓦老化疲勞，整個(gè)軸瓦的油膜溫度過(guò)高，最終造成軸瓦損壞。

2 處理方法

為了提高軸瓦的冷卻性能，現(xiàn)增加1套動(dòng)壓供油裝置，以此來(lái)提高潤(rùn)滑油的供油量，降低軸瓦溫度，如圖8所示。該裝置具有兩套冷卻系統(tǒng)：一個(gè)是帶油環(huán)的水冷卻系統(tǒng)；另一個(gè)是動(dòng)壓供油外置冷卻系統(tǒng)。

圖8 動(dòng)壓供油系統(tǒng)

在安裝完這套動(dòng)壓供油系統(tǒng)后，測(cè)得推力瓦最高溫度為58 ℃(環(huán)境溫度為40 ℃)，平均溫度為55 ℃，軸瓦溫度處于正常溫度范圍內(nèi)。而油膜最高溫度為θmax=θi+1.5Δθ=67 ℃，符合設(shè)備運(yùn)行要求(其中供油溫度為40 ℃，軸瓦溫升為18 ℃)。

3 結(jié) 論

一般情況下，推力軸瓦的溫度與軸向推力及潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)有直接關(guān)系，而軸向推力過(guò)大的原因又與葉輪結(jié)構(gòu)特性和主軸是否保持水平有關(guān)。此外，影響軸向推力的外在因素也較多，如果通過(guò)核算和檢查沒(méi)有問(wèn)題，那么推力軸瓦溫度過(guò)高的問(wèn)題往往集中在潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)上。此次風(fēng)機(jī)軸瓦損壞是典型的由于溫度過(guò)高而導(dǎo)致潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)故障。通過(guò)采用動(dòng)壓供油的方式，使軸瓦溫度從80 ℃左右降低到55 ℃左右，證明了外循環(huán)油系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要優(yōu)于自潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

[1]商景泰.通風(fēng)機(jī)使用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]聞邦椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[3]王 俊.單吸式離心通風(fēng)機(jī)軸向推力及止推性能試驗(yàn)對(duì)比[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2006(1)：4-7.

[4]張代新，陳宜振，尹民權(quán).鍋爐吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況異常原因剖析[J].沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013，9(2)：113-116.

(責(zé)任編輯 張 凱 校對(duì) 佟金鍇)

Damage Reason and Treatment about Thrust Bearing of Primary Air Fan

GAN Zheng,DAI Ze-hua,DENG Hui

(Maintenance department,Sichuan Baima CFB Demonstration Plant Liability co.,LTD,Neijiang 641005,Sichuan Province)

The thrust bearing of the primary air fan made by Baldachin's Company in Italian in the 300MW Unit of Sichuan Baima CFB Demonstration Plant is the single-suction and double action truss system. This bearing has adopted the RTL dynamic-pressure sliding bearing from Dodge's company in U.S.A; the thrust pad is in driven-end bearing. The bearing bush runs at about 80 Celsius degree when the primary air fan operates in the summer of each year. When the temperature exceeds over 85 Celsius degree,the thrust bearing will be damaged. In order to improve its reliability,the paper adopts the external circulating oil system to cooling these bearings,and the result shows that the temperature of the pad can decrease to 55 Celsius degree with the external circulating oil system and is better than with the self-lubricating structure.

air fan;thrust bearing;oil system;thermal transfer performance

2014-11-04

甘 政(1980-)，男，四川內(nèi)江人，高級(jí)技師。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.008

TK268

A

1673-1603(2015)03-0229-04