HSZ500碎煤機(jī)軸承抱軸的原因分析及處理措施

賈光華

(河北華電石家莊熱電有限公司，河北 石家莊 050041)

0 引言

環(huán)式碎煤機(jī)是火電廠輸煤系統(tǒng)中重要的輔機(jī)設(shè)備，它擔(dān)當(dāng)著燃煤的破碎加工任務(wù)。環(huán)式碎煤機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗比低、粉塵小、運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)[1]。在碎煤機(jī)運(yùn)行中，由于維修不當(dāng)、保護(hù)裝置失靈、巡檢不到位，致使一些早期設(shè)備缺陷如軸承的溫度、振動(dòng)、聲音、氣味異常等不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致缺陷擴(kuò)大，造成軸承損壞、軸損壞甚至轉(zhuǎn)子報(bào)廢的嚴(yán)重設(shè)備損壞事故。由于此類(lèi)設(shè)備故障修復(fù)工作量大、時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行設(shè)備失去備用設(shè)備，給安全生產(chǎn)造成被動(dòng)局面。

1 問(wèn)題的提出

1.1 設(shè)備概況

HSZ500型環(huán)式碎煤機(jī)主要技術(shù)規(guī)范如下。

出力：500 t/h

轉(zhuǎn)子直徑：1 370 mm

轉(zhuǎn)子工作長(zhǎng)度：1 586 mm

轉(zhuǎn)子軸承：22 238 CC/W33

轉(zhuǎn)速：595 r/min

環(huán)錘數(shù)量：30個(gè)

環(huán)錘排數(shù)：4排

聯(lián)軸器：YOX1000型液力偶合器

1.2 設(shè)備損壞情況

2019年1月8日，某電廠一臺(tái)HSZ500型環(huán)式碎煤機(jī)運(yùn)行中，非驅(qū)動(dòng)端軸承座著火。維修人員對(duì)著火的軸承座進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)：雙列調(diào)心滾子軸承內(nèi)側(cè)一列保持架斷裂損壞，滾動(dòng)體部分錯(cuò)位打橫，且磨出平面，變色發(fā)藍(lán)。外側(cè)一列保持架、滾動(dòng)體完整，整體變色發(fā)藍(lán)。軸承內(nèi)圈、絕大部分滾動(dòng)體及外圈的局部?jī)?nèi)表面變色發(fā)藍(lán)，軸承內(nèi)圈外表面存在明顯的滾動(dòng)體凹坑狀壓痕。 軸頭、鎖母發(fā)藍(lán)，鎖母止退撥墊內(nèi)齒斷裂，鎖母松脫約15 mm。軸承內(nèi)圈用加熱法取不下來(lái)，用氣割剝離軸承內(nèi)圈，發(fā)現(xiàn)軸頸上布滿了螺紋樣溝槽，軸承內(nèi)圈與軸抱死，碎煤機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸已嚴(yán)重?fù)p傷。軸承、軸損壞情況見(jiàn)圖1-圖5。

2 原因分析

2.1 潤(rùn)滑不當(dāng)

潤(rùn)滑具有控制摩擦、減少磨損、降溫冷卻、防止摩擦面銹蝕的作用。軸承潤(rùn)滑的油質(zhì)、油量若不能滿足使用要求，則軸承運(yùn)動(dòng)表面的油膜保護(hù)功能被削弱，運(yùn)動(dòng)表面之間趨于干摩擦, 隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的持續(xù)，溫度不斷升高，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)表面損傷[2]。碎煤機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承座解體檢查前，發(fā)現(xiàn)軸承座兩側(cè)端蓋均流出熔化的潤(rùn)滑油(見(jiàn)圖6、圖7)，但軸承外側(cè)流出的油量比內(nèi)側(cè)明顯少得多。解體軸承座后，發(fā)現(xiàn)軸承外側(cè)一列滾動(dòng)體、保持架完整無(wú)損，燒得變色，基本無(wú)殘留油脂的痕跡，至少有連續(xù)3個(gè)滾動(dòng)體有明顯的銹跡(見(jiàn)圖3)；軸承內(nèi)側(cè)一列滾動(dòng)體有明顯殘留油脂的痕跡，未見(jiàn)銹跡(見(jiàn)圖8)。這些跡象表明非驅(qū)動(dòng)端軸承外側(cè)一列滾動(dòng)體潤(rùn)滑不當(dāng)。

碎煤機(jī)轉(zhuǎn)子承受較重沖擊負(fù)荷，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦發(fā)熱，由于潤(rùn)滑不當(dāng)，使軸承溫升過(guò)大，內(nèi)圈的溫度高于與其配合的軸頸溫度，加之軸承內(nèi)圈(軸承鋼)的熱膨脹系數(shù)比軸(45號(hào)鋼)的熱膨脹系數(shù)高，而且內(nèi)圈的體積比軸頸的體積小得多，軸承內(nèi)圈因熱膨脹而與軸頸的配合松動(dòng)，原過(guò)盈配合面出現(xiàn)小幅的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在軸頸與軸承內(nèi)圈接觸面的壓力作用下，結(jié)合表面上的微凸體就會(huì)產(chǎn)生塑性變形。當(dāng)變形量足夠大時(shí)，發(fā)生金屬粘連現(xiàn)象。在碎煤機(jī)振動(dòng)的反復(fù)作用下，一直重復(fù)著金屬粘連、剪切、脫落的過(guò)程。由于軸頸的硬度低于軸承內(nèi)圈的硬度，軸承內(nèi)圈與軸頸配合相對(duì)較緊，磨屑排不出去，從而軸頸被磨出螺紋樣溝槽。隨著溫度的升高，最終造成內(nèi)圈與軸頸咬焊在一起，軸承與軸頸抱死，不僅軸承損壞而且軸頸也嚴(yán)重?fù)p傷[2]。在軸與內(nèi)圈相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承鎖母止退撥墊內(nèi)齒被切斷，引起鎖母逐漸松開(kāi)。由于軸承內(nèi)圈與軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)干摩擦，溫度極高(外觀已發(fā)藍(lán))，產(chǎn)生軟化、塑性變形，被滾動(dòng)體壓出凹坑。

2.2 軸承與軸承座裝配不當(dāng)

非驅(qū)動(dòng)端軸承作為游動(dòng)支撐端，軸承座孔與軸承外圈應(yīng)為間隙配合，非驅(qū)動(dòng)端軸承外圈與兩側(cè)端蓋止口應(yīng)各預(yù)留5～10 mm間隙，用于抵消轉(zhuǎn)子軸向位移。如果非驅(qū)動(dòng)端軸承外圈只有一側(cè)與端蓋止口留有間隙，轉(zhuǎn)子運(yùn)行中軸向伸縮量不能抵消，軸承受到較大軸向力[3]。經(jīng)查閱設(shè)備檢修記錄與現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)碎煤機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承外圈一側(cè)與軸承座通蓋止口無(wú)間隙，另一側(cè)與軸承座悶蓋止口有8 mm間隙，軸承座與軸承外圈有0.01～0.03 mm過(guò)盈配合，裝配不當(dāng)。

非驅(qū)動(dòng)端軸承裝配不當(dāng)，在工況正常、潤(rùn)滑良好、溫升不大的情況下，軸承、軸的漲縮可忽略不計(jì)，因此日常運(yùn)行中也未見(jiàn)明顯異常現(xiàn)象。但在潤(rùn)滑不良、軸承溫升過(guò)高的情況下，軸承尺寸脹大，其結(jié)果是滾動(dòng)體滾動(dòng)受阻，加劇溫度升高，軸承、軸受熱應(yīng)力膨脹。因裝配時(shí)軸承座孔與軸承外圈為過(guò)盈配合，加之軸承熱膨脹量大于軸承座孔的熱膨脹量，因此軸承座孔與軸承外圈的配合變?yōu)楦蟮倪^(guò)盈配合，軸承外圈與軸承座悶蓋止口雖有8 mm間隙，軸承在軸承座孔內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)軸向位移，但能實(shí)現(xiàn)向間隙側(cè)局部膨脹變形。而軸承外圈另一側(cè)與軸承座通蓋止口無(wú)間隙，軸承、軸高溫膨脹，當(dāng)產(chǎn)生的軸向力足夠大時(shí)，軸承由雙列滾子承載變?yōu)閱瘟谐休d。此時(shí)軸承內(nèi)圈與外圈在軸向力作用下發(fā)生軸向錯(cuò)位，在內(nèi)圈和外圈對(duì)單列承載的球面滾子軸向擠壓作用下，軸承滾子一端與轉(zhuǎn)動(dòng)的內(nèi)圈滾道摩擦，另一端與不動(dòng)的外圈滾道摩擦，在內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力下，該列滾子發(fā)生打橫，導(dǎo)致保持架損壞，軸承損壞[4]。

2.3 監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置故障

碎煤機(jī)安裝了現(xiàn)場(chǎng)軸承溫度、振動(dòng)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，監(jiān)測(cè)裝置的現(xiàn)場(chǎng)控制箱顯示溫度、振動(dòng)值，但在軸承溫度、振動(dòng)異常超標(biāo)時(shí)，該現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置故障，未能實(shí)現(xiàn)保護(hù)停機(jī)功能，導(dǎo)致碎煤機(jī)持續(xù)帶病運(yùn)行，最終造成碎煤機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承、軸嚴(yán)重?fù)p壞。

2.4 運(yùn)行值班人員巡檢不到位

運(yùn)行值班人員巡檢的主要職責(zé)就是及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的異常溫度、振動(dòng)、電流、流量、聲音、氣味等現(xiàn)象，并采取相應(yīng)措施，防止事態(tài)擴(kuò)大。軸承潤(rùn)滑不良，溫度勢(shì)必異常升高；高溫狀態(tài)下，潤(rùn)滑脂熔化、外溢勢(shì)必有濃烈的焦糊氣味；軸承損壞勢(shì)必有異常聲音、振動(dòng)；軸承溫度繼續(xù)升高至潤(rùn)滑脂燃點(diǎn)，著火燃燒。任何設(shè)備缺陷都有其發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程，運(yùn)行值班室就設(shè)在碎煤機(jī)室現(xiàn)場(chǎng)，但運(yùn)行值班人員直至碎煤機(jī)軸承著火后才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，結(jié)果是不僅軸承損壞，軸頸也損壞，設(shè)備維修成本更高。

3 軸承抱軸的處理措施

鑒于碎煤機(jī)轉(zhuǎn)子非驅(qū)動(dòng)端軸頸已嚴(yán)重?fù)p傷，決定采用補(bǔ)焊軸頸、機(jī)加工修復(fù)轉(zhuǎn)子軸頸的方案(見(jiàn)圖9)。將碎煤機(jī)轉(zhuǎn)子拆下，卸掉全部環(huán)錘、環(huán)軸，運(yùn)至機(jī)加工廠，拆卸轉(zhuǎn)子的液力偶合器，用車(chē)床將抱軸的軸承內(nèi)套、軸頸上的溝槽去掉，用J507焊條堆焊軸頸，通過(guò)機(jī)加工修復(fù)軸頸，徑向圓跳動(dòng)控制在0.05 mm以?xún)?nèi)。轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端軸承雖未見(jiàn)明顯損壞，本次同非驅(qū)動(dòng)端軸承一起更換。用油浴法將軸承加熱至80～100 ℃，裝入主軸軸承位置，并用止退撥墊、鎖母軸向壓緊軸承內(nèi)圈，軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，測(cè)量徑向游隙均勻，符合公差要求。安裝液力偶合器，轉(zhuǎn)子運(yùn)回電廠回裝。軸承添加3號(hào)鋰基潤(rùn)滑脂，調(diào)整非驅(qū)動(dòng)端軸承座，使軸承外圈與兩側(cè)端蓋止口各預(yù)留5 mm間隙。用直尺檢查軸承內(nèi)圈、外圈端面應(yīng)在同一平面內(nèi)，防止歪斜偏載。非驅(qū)動(dòng)端軸承座孔與軸承外圈采用間隙配合。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，用磁力百分表測(cè)量軸承附近的主軸外圓，驅(qū)動(dòng)端跳動(dòng)0.03 mm，非驅(qū)動(dòng)端跳動(dòng)0.05 mm。按照原來(lái)環(huán)錘排列方式回裝環(huán)錘、環(huán)軸等，電動(dòng)機(jī)找正，誤差小于0.15 mm。

碎煤機(jī)修復(fù)結(jié)束后試運(yùn)行，運(yùn)行平穩(wěn)，軸承座基本聽(tīng)不到聲音，觀察不到振動(dòng)，以致誤以為未啟動(dòng)。測(cè)量軸承座垂直、水平振幅均在0.03 mm以下?？蛰d試運(yùn)行結(jié)束后，帶負(fù)載運(yùn)行正常。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)異常的溫度、振動(dòng)、聲音、氣味等現(xiàn)象，都有其發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程，早發(fā)現(xiàn)則早解決問(wèn)題，也易解決問(wèn)題；晚發(fā)現(xiàn)則設(shè)備帶病運(yùn)行直至損壞甚至報(bào)廢，解決問(wèn)題的成本也更高。任何保護(hù)裝置都有誤動(dòng)、拒動(dòng)的可能，人是設(shè)備安全運(yùn)行的最后一道防線，因此設(shè)備運(yùn)行中日常巡檢對(duì)設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行至關(guān)重要。環(huán)式碎煤機(jī)是火電廠輸煤系統(tǒng)中重要的輔機(jī)設(shè)備，除按工藝要求做好設(shè)備檢修維護(hù)、監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置試驗(yàn)外，必須做好設(shè)備運(yùn)行中日常巡檢與設(shè)備精密點(diǎn)檢工作，以指導(dǎo)設(shè)備維修，從而將設(shè)備故障消除在萌芽狀態(tài)，提高設(shè)備的安全可靠性。