軸流風(fēng)機(jī)軸承失效分析及改進(jìn)措施

高 謙 張海春 張 虎 馮圣福 張 海

獨(dú)山子石化設(shè)備檢修公司 新疆克拉瑪依市 833699

某化工廠某產(chǎn)能60 萬(wàn)t/ a 裝置共有38 臺(tái)軸流式空冷風(fēng)機(jī)，主要是對(duì)溶劑管線進(jìn)行冷卻, 轉(zhuǎn)速為318r/ min。近年來(lái)，該裝置的風(fēng)機(jī)故障頻發(fā)，在運(yùn)行3個(gè)月左右時(shí)，軸承振動(dòng)逐步上升，伴有異響，并且有風(fēng)機(jī)搖擺現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)軸承滾珠脫落等現(xiàn)象。如不及時(shí)檢修，風(fēng)機(jī)擺動(dòng)過大時(shí)葉片可能碰磨風(fēng)筒，存在極大的安全隱患。

軸流風(fēng)機(jī)主要由葉輪、機(jī)殼、轉(zhuǎn)子、軸承等零部件組成，支架采用型鋼與機(jī)殼風(fēng)筒連接，具體如圖1 所示。

圖1 風(fēng)機(jī)軸承結(jié)構(gòu)圖

1 故障現(xiàn)象

針對(duì)其中某臺(tái)風(fēng)機(jī)在一年內(nèi)的檢修統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 某臺(tái)風(fēng)機(jī)檢修統(tǒng)計(jì)表

經(jīng)過對(duì)風(fēng)機(jī)的拆檢，發(fā)現(xiàn)故障大多出現(xiàn)在軸承部位。進(jìn)一步對(duì)拆卸下的舊軸承進(jìn)行拆解和檢查，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)的潤(rùn)滑脂已經(jīng)變成黑色油泥，有的甚至連油泥都沒有，完全都在干磨，如圖2 所示。

圖2 軸承內(nèi)的油泥和干磨現(xiàn)象

2 故障原因分析

2.1 軸承內(nèi)部進(jìn)水

通過查閱資料了解到，該裝置風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的最高環(huán)境溫度為30℃，而夏天在太陽(yáng)暴曬下環(huán)境溫度可以達(dá)到40℃以上，影響風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行。為了達(dá)到工藝需求的冷卻效果，生產(chǎn)車間采用在介質(zhì)管線上方淋水的方法，但由于出水口在風(fēng)機(jī)正上方，水流直接進(jìn)入軸承內(nèi)部，導(dǎo)致軸承內(nèi)的潤(rùn)滑脂發(fā)生變質(zhì)，或被水沖走，軸承失去潤(rùn)滑，最終導(dǎo)致故障頻發(fā)。

2.2 風(fēng)機(jī)帶輪水平度超差

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中由于各種間隙的變化，以及皮帶輪安裝位置的不同，都會(huì)造成風(fēng)機(jī)皮帶輪和電機(jī)皮帶輪的不水平度增加。當(dāng)水平度超差達(dá)到一定程度時(shí)（圖3），會(huì)造成轉(zhuǎn)子的偏擺，從而導(dǎo)致軸承的磨損。

圖3 皮帶輪水平度相差較大

2.3 葉片角度過大或不一致

風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過程中，由于葉片角度過大，反作用力增加，會(huì)導(dǎo)致軸承部位承受額外的附加力。同時(shí)，在葉片安裝過程中，由于風(fēng)筒的安裝誤差和測(cè)量誤差，導(dǎo)致各葉片角度不一致，從而使交變載荷應(yīng)力增加，加速軸承的磨損。除此之外，葉片緊固螺釘?shù)乃蓜?dòng)，以及葉片表面的附著物，都可能破壞動(dòng)平衡，使軸承磨損。

2.4 軸承間隙設(shè)計(jì)不合理

首先，如果軸承的軸向間隙不合理，軸承在工作狀態(tài)下，與軸肩存在間隙，軸承對(duì)軸的作用力主要集中在軸承的兩個(gè)頂絲上，使得軸承在運(yùn)行過程中極不穩(wěn)定。另外，如果軸承內(nèi)圈與軸的配合間隙過大，使得軸在定位過程中容易產(chǎn)生偏斜，并且導(dǎo)致頂絲失效，使軸與軸承內(nèi)圈產(chǎn)生位移（圖4），從而導(dǎo)致軸承與軸的磨損。

圖4 軸與軸承產(chǎn)生偏斜

2.5 新舊軸承加脂管線接頭不一致

風(fēng)機(jī)原來(lái)設(shè)計(jì)有加脂管線，每3～6 個(gè)月為風(fēng)機(jī)軸承加脂一次。通過現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，大部分加脂管線均沒有連接軸承。檢查發(fā)現(xiàn)，新舊軸承上的加脂管線接頭不一致，原有的加脂管線無(wú)法連接到新軸承上，導(dǎo)致軸承在安裝完成后沒有及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑脂。

2.6 軸承固定螺絲松動(dòng)

軸承固定螺栓的型號(hào)為M16，強(qiáng)度等級(jí)8.8，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)螺栓扭矩推薦表（表2）的推薦力矩為206N·m。查閱檢修記錄顯示，每次檢修都使用力矩扳手，按照連接螺栓的緊固力矩要求206N·m 進(jìn)行緊固。

表2 螺栓扭矩推薦表

每次檢修均要檢查連接螺栓（軸承的緊固螺栓）是否松動(dòng)。檢修過程中發(fā)現(xiàn)，上一次檢修緊固螺栓使用206N·m 的力矩，而在下一次檢修時(shí)使用同樣的力矩檢查發(fā)現(xiàn)可以轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓，說明螺栓在運(yùn)行過程中發(fā)生了松動(dòng)，風(fēng)機(jī)支架振動(dòng)較大，容易發(fā)生連接螺栓松動(dòng)的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致軸承振動(dòng)超標(biāo)。

2.7 軸承監(jiān)測(cè)不到位

一方面，風(fēng)機(jī)原有的儀表振動(dòng)監(jiān)測(cè)距離軸承位置較遠(yuǎn)，設(shè)置在風(fēng)機(jī)外殼上的探頭無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)出軸承運(yùn)行情況；另一方面，風(fēng)機(jī)平臺(tái)上噪音很大，使聽診器的使用受到限制，只能通過巡檢人員觀察風(fēng)機(jī)皮帶輪的擺動(dòng)情況判斷軸承是否完好，判斷方法比較單一，無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)軸承故障。

3 改進(jìn)措施

3.1 增加防水蓋板

在軸肩上增加一個(gè)防水套，將軸承上方蓋住，并用頂絲固定在軸上，防止流水進(jìn)入軸承內(nèi)部（圖5）。材料采用聚四氟乙烯，因其質(zhì)量較輕，可避免影響轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。

圖5 防水套安裝圖與設(shè)計(jì)圖紙

3.2 調(diào)整帶輪水平度和軸承間隙

從風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖可看出，上下軸承與軸肩以及飛輪軸向都留有余量（圖6），這樣做的優(yōu)點(diǎn)是便于給風(fēng)機(jī)在垂直方向的調(diào)節(jié)留出較大余量，缺點(diǎn)是整個(gè)風(fēng)機(jī)的軸向力完全由軸承內(nèi)圈上的兩個(gè)頂絲承擔(dān)。在風(fēng)機(jī)檢修而電機(jī)不動(dòng)的情況下，在檢修前首先要測(cè)量帶輪水平度，也就是檢查風(fēng)機(jī)飛輪和電機(jī)的飛輪是否在同一水平面內(nèi)。在拆卸前，用深度尺測(cè)量出風(fēng)機(jī)飛輪到軸頭的距離A；然后拆卸葉片及相關(guān)附屬零件，接著松開上軸承座緊固螺栓和軸承內(nèi)圈頂絲，在飛輪受力后再拆卸下軸承座。正常情況下，軸、飛輪和下軸承會(huì)一起向下脫離支架，在剩余部分拆除后還需要測(cè)量下軸承到軸肩的間隙值C，以及上軸承與軸肩的間隙B。

圖6 帶輪安裝結(jié)構(gòu)圖

由于上下軸承與軸肩的間隙值B 和C 測(cè)量困難，存在測(cè)量誤差，導(dǎo)致軸在安裝過程中軸向位置產(chǎn)生變化，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)帶輪與電機(jī)帶輪不水平度增加。并且由于軸承的上下間隙容易導(dǎo)致軸偏斜，給帶輪找正帶來(lái)困難。為避免這一情況，特在軸肩部位增加調(diào)整環(huán)。首先將上部軸承裝在軸肩上，安裝后測(cè)量下部軸承與軸肩的距離D，根據(jù)D 值加工調(diào)整環(huán)，以此來(lái)消除軸肩與軸承的軸向間隙，保證軸在安裝過程中不會(huì)產(chǎn)生位移和偏斜（圖7）。此時(shí)，再重新調(diào)整帶輪的水平度，確定新的A 值，此值可作為下次檢修的安裝標(biāo)準(zhǔn)，這樣既可保證帶輪的水平度，又減少了測(cè)量次數(shù)，提高檢修效率。

圖7 軸承間隙調(diào)整前（a）后（b）的示意圖

3.3 調(diào)整葉片角度

在對(duì)葉片角度進(jìn)行同步性檢查時(shí)，先旋轉(zhuǎn)葉輪，檢查葉片角度是否一致；再逐片活動(dòng)葉片，看葉片是否有位移，如果偏差較大，要對(duì)輪轂進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，葉片角度誤差大于5°，超過葉片角度安裝標(biāo)準(zhǔn)的±5°，按照要求使用角度測(cè)量?jī)x調(diào)整所有葉片，使其均在8°～12°標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并保證葉尖與風(fēng)筒間隙在4～12mm 范圍內(nèi)。

3.4 更換轉(zhuǎn)換接頭，定期為軸承加脂

測(cè)繪、加工轉(zhuǎn)換接頭后，安裝轉(zhuǎn)換接頭和加脂管線。以軸承原加脂孔的尺寸為基準(zhǔn)，確定轉(zhuǎn)換接頭與軸承連接處的尺寸為M6 的螺紋，加脂孔應(yīng)盡量做大，以減少加脂過程中的阻力；受接頭外徑尺寸限制，與軸承連接處的加脂孔最大允許內(nèi)徑為φ3mm；與管線連接的一側(cè)，以加脂油槍的接頭為基準(zhǔn)，接頭尺寸確定為M10 的螺紋內(nèi)徑，即φ7.6mm；將接頭安裝在軸承上，并連接加脂管線至風(fēng)筒外側(cè)；安裝完畢后，制定風(fēng)機(jī)加脂記錄，每3 個(gè)月為風(fēng)機(jī)加脂一次，以此保障風(fēng)機(jī)軸承的潤(rùn)滑。

3.5 增加放松墊片

在軸承的連接螺栓上增加防松墊片，防止連接螺栓在運(yùn)行過程中松動(dòng)。要求防松墊片內(nèi)徑φ16mm，外徑φ24mm，厚度4mm。

3.6 改造儀表探頭

建議生產(chǎn)車間對(duì)探頭進(jìn)行改造，使探頭盡量靠近軸承部位，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)軸承運(yùn)行狀況。

4 結(jié)論

通過對(duì)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)及故障的分析，確定造成風(fēng)機(jī)短周期運(yùn)行的原因，并采取以下改造措施：增加防雨裝置、軸向調(diào)整環(huán)、防松墊片；制作轉(zhuǎn)換接頭；改裝檢測(cè)探頭等。措施實(shí)施后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好，大大延長(zhǎng)了運(yùn)行周期，消除了設(shè)備隱患，降低了企業(yè)維護(hù)成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。