剖分式軸承在離心鼓風(fēng)機改造中的應(yīng)用

晏磊 羅小娟

摘要：分析了在離心鼓風(fēng)機上采用剖分式滾動軸承代替軸瓦的優(yōu)點;詳細敘述了剖分式滾動軸承的安裝以及彈性套柱銷聯(lián)軸器的找正、調(diào)整過程;總結(jié)了C300-1.387/0.837離心鼓風(fēng)機由軸瓦改造為剖分式滾動軸承的成功案例，該技術(shù)可在類似產(chǎn)品上大力推廣應(yīng)用，是一種經(jīng)濟效益較高的改造方式。

Abstract： The advantages of using split rolling bearing instead of bearing bush on centrifugal blower are analyzed. The installation of split rolling bearing and the alignment and adjustment of elastic sleeve pin coupling are described in detail. The successful case of transforming C300-1.387/0.837 centrifugal blower from bearing bush to split rolling bearing is summarized. This technology can be popularized and applied to similar products， and it is a way of reforming with high economic benefit.

關(guān)鍵詞：鼓風(fēng)機改造;軸瓦;剖分式滾動軸承;彈性套柱銷聯(lián)軸器

Key words： blower modification;bearing bush;split rolling bearing;elastic sleeve pin coupling

中圖分類號：TH133.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）04-0124-04

0 ?引言

某公司在用的C300-1.387/0.837型離心鼓風(fēng)機，風(fēng)機軸兩端使用巴氏合金滑動軸承支承，匹配YKK400-2型400kW三相異步電動機，工作轉(zhuǎn)速2980rpm。風(fēng)機設(shè)計有潤滑油站給巴氏合金滑動軸承進行潤滑。在使用中，常出現(xiàn)操作人員在潤滑油未充分浸潤軸承的情況下，便開啟風(fēng)機主電機，或者在風(fēng)機未完全停止轉(zhuǎn)動便關(guān)閉潤滑油站供油泵的情況，甚至還會在運行過程中油泵故障后，未自動切換至備用油泵導(dǎo)致鼓風(fēng)機軸瓦干磨、發(fā)熱、抱軸的故障。一旦軸瓦燒壞，其常規(guī)的拆卸更換過程為：

風(fēng)機前、后端上瓦蓋拆除→前、后端上軸瓦拆除→聯(lián)軸器螺栓拆除→將風(fēng)機軸兩端輕微起吊→風(fēng)機前、后端下軸瓦取出→風(fēng)機前、后兩端下軸瓦、上軸瓦安裝→風(fēng)機軸落實到位→軸瓦蓋安裝→電機軸、風(fēng)機軸對中度調(diào)整。

整個檢修過程勞強度量、工作量非常大，對檢修人員的技術(shù)和經(jīng)驗要求非常高，因而造成停車的時間也很長，加之更換軸瓦所需的備件材料費用、人工工時費用等，其經(jīng)濟損失巨大。此外，在調(diào)整過程中容易造成風(fēng)機軸變形、蝸殼兩側(cè)密封受損等風(fēng)險。

如果采用剖分式滾動軸承，在更換軸承時，其工作僅限于軸承部位，而且沒有調(diào)整兩根軸對中度的工作量，因而生產(chǎn)系統(tǒng)停產(chǎn)時間也可大大縮短，還能避免風(fēng)機軸、密封受損。

基于這一思路，我們決定將該離心鼓風(fēng)機的軸瓦改造為剖分式滾動軸承，以最小的代價解決了軸承損壞的問題，簡化了潤滑設(shè)備等附屬設(shè)施，并為后期軸承維護提供了便利。

1 ?兩種軸承技術(shù)及實用對比分析

1.1 技術(shù)可靠性對比

1.1.1 軸瓦

巴氏合金軸瓦的瓦面材料是錫、鉛、銻、銅的合金，它以錫或鉛作基本，內(nèi)含有銻錫（Sb-Sn）或銅錫（Cu-Sn）的硬晶粒起抗磨作用，軟基體則增加材料的塑性。 軸承合金的彈性模量和彈性極限都很低，在所有軸承材料中，它的嵌入性及摩擦順應(yīng)性最好，很容易和軸頸磨合，也不易與軸頸發(fā)生咬粘。 但軸承合金的強度很低，不能單獨制作軸瓦，只能貼附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上作軸承襯。 軸承合金適用于重載、中高速場合，價格較貴。

我公司該型號離心鼓風(fēng)機所使用的正是此類軸瓦，基于上述特性以及該設(shè)備的使用需求可知，使用軸瓦有如下優(yōu)缺點：

優(yōu)點：①與同等體積的滾動軸承相比，軸瓦的載荷能力要大很多;②振動和噪音小;③適合該設(shè)備的較高轉(zhuǎn)速特性。

缺點：①軸瓦主要使用于精密度要求高，又不允許有振動的場合。而現(xiàn)實情況是風(fēng)機振動值較大，不符合軸瓦高精度的環(huán)境要求;②工作中必須使用稀油潤滑站對軸瓦進行潤滑，且當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動時，堅決不得斷油。 而現(xiàn)有油站因附屬件較多，系統(tǒng)容易發(fā)生故障，維護成本高;③軸瓦傳動效率低，發(fā)熱量大，潤滑維護不方便， 耗費潤滑劑摩擦;④不適于大批量生產(chǎn)， 互換性不好，不便于安裝、拆卸和維修;⑤內(nèi)部間隙大，加工精度不高;⑥載荷、轉(zhuǎn)速和工作溫度適應(yīng)范圍窄，工況條件的少量變化，對軸承的性能影響較大。

1.1.2 剖分式滾動軸承

改造后，采用SKF 100 BCP系列高速緊湊型剖分式軸承，如圖1所示，該軸承為單列滾子軸承。為了最大化地降低成本，軸承座下半部分仍使用原有部分，上半部分結(jié)合剖分軸承尺寸，重新設(shè)計加工。該軸承結(jié)構(gòu)特點如下：

①軸承座（此次改造中1為新加工部分、7為利舊部分）、軸承箱2、6，軸承外圈3，軸承內(nèi)圈4，保持架及滾子5，夾緊環(huán)（未畫出）、密封（未畫出）全部為兩半剖分式結(jié)構(gòu);

②安裝尺寸與滑動軸承完全相同，可互換;

③內(nèi)圈通過夾緊環(huán)的螺栓施加一定的力矩緊固，確保內(nèi)圈與主軸可靠連接，不會出現(xiàn)“跑內(nèi)套”失效;

④與滑動軸承相比，剖分式滾動軸承具有摩擦阻力小、啟動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于更換等優(yōu)點;

⑤在軸承設(shè)計中，選取優(yōu)質(zhì)軸承鋼，合理布置螺栓位置，確保結(jié)構(gòu)合理及整體技術(shù)性能優(yōu)越。

1.2 安裝操作性對比

在改造之前，使用滑動軸承，在更換軸承之前需要將風(fēng)機前后端軸瓦蓋、軸瓦拆除，然后將聯(lián)軸器螺栓拆除，再將風(fēng)機軸兩端輕微起吊后，取出前、后端下瓦，等軸瓦安裝完成后，按照上述步驟恢復(fù)風(fēng)機端，并且需要調(diào)整電機地腳螺栓，以調(diào)整電機軸、風(fēng)機軸的對中度。此方法工作量大、操作不易。此外，還需要激光對中儀（或百分表）、千斤頂及其專用支具、天車（或電萌蘆）等工具。

而采用剖分式軸承則無需起吊風(fēng)機軸，因此不存在拆裝聯(lián)軸器、調(diào)整電機地腳螺栓等工序，也不會損傷風(fēng)機軸和密封。不需要專用的安裝或拆卸工具，僅需內(nèi)六角扳手、力矩扳手等輕型簡易工具，方便易行，并且在安裝拆卸軸承時，對軸和軸承沒有任何損傷。

圖2為C300-1.387/0.837型離心鼓風(fēng)機。其中：1為潤滑油回油管;2為潤滑油進油管;3為非傳動側(cè)軸承座;4為傳動端軸承座;5為風(fēng)機主軸;6為彈性套柱銷式聯(lián)軸器;7為電機主軸;8為驅(qū)動電機;9為電機底座。

1.3 施工時間對比

采用傳統(tǒng)軸瓦，在維修更換時，需拆卸兩端軸瓦蓋、上瓦，拆卸聯(lián)軸器、電機地腳螺栓，風(fēng)機軸起吊，軸瓦刮研、安裝需要2人×2天。其次，重新調(diào)整電機軸、風(fēng)機軸對中度至少需要3人×3天。因此，合計至少需要停車5天，檢修工時13天。

采用剖分式軸承后，若需更換軸承，只需拆開風(fēng)機兩端軸瓦上蓋，擰開固定軸承外圈的4顆內(nèi)六角螺栓即可拆卸上下兩部分，安裝新的軸承后，用力矩扳手對4顆內(nèi)六角螺栓進行緊固即可，最后安裝兩端上瓦蓋，整個安裝過程結(jié)束，共計需要時間1天。

1.4 風(fēng)險對比

采用軸瓦形式的軸承，在拆卸下半部分軸瓦時必須通過天車（或電葫蘆）將風(fēng)機軸輕微吊起2mm左右，若把握不好，容易造成風(fēng)機軸彎曲以及兩側(cè)密封損壞;剖分式滾動軸承則無此類風(fēng)險。

1.5 維護便利性對比

采用軸瓦形式的軸承，在工作中必須保證供油充足，因此必須設(shè)置潤滑油站，散熱器、加熱器、過濾器、高位油箱以及一系列的傳感器、控制器等。在日常使用中要求操作人員有足夠強的責(zé)任心和操作能力，對上述設(shè)備及其附屬設(shè)施的工作狀態(tài)實時掌控，靈活應(yīng)對。同時，過多的設(shè)備設(shè)施也造成了設(shè)備點檢人員維修人員工作量的增大;再者，傳感器、控制器的加入，對維修人員的技術(shù)水平要求有了更高的要求。

采用剖分式滾動軸承后，在日常使用中拋開了上述油站及全部附屬設(shè)施，采用含EP添加劑，濃度等級為2～3#，粘度等級不低于IS0 VG 1500的鋰基潤滑脂即可，如美孚SHC 1500等。同時，初次安裝時，單個軸承只需注入油脂0.08KG。日常使用中，采用油杯進行注油，只需要操作工按照每周2m1的定額進行油脂添加日常維護更方便。另一方面，在使用剖分式滾動軸承后，因為軸承可完全分離，因此決定了在安裝、拆卸軸承時不需要抬起風(fēng)機軸，相比于軸瓦形式，更加便利。

1.6 經(jīng)濟型對比

1.6.1 停產(chǎn)造成的損失

該風(fēng)機負責(zé)的生產(chǎn)系統(tǒng)，年處理量約為100萬噸，更換軸瓦一次所需的時間為5天以上，至少造成損失1.37萬噸。更換為剖分式滾動軸承后，每次檢修只需1天時間，造成損失0.27萬噸。剖分軸承更換造成的經(jīng)濟損失僅為前者20%，減少損失占全年處理量1.1%。

1.6.2 檢修工時費用

按照前文所述，滑動軸承更換需要13個工天，采用剖分式滾動軸承后只需2個工天。對比軸瓦更換，檢修工時費用比例為6.5：1。

1.6.3 日常維護成本

使用軸瓦時，需一次性投入安裝潤滑油站及其附屬設(shè)施;在日常使用中需定期更換濾清器、潤滑油等（L-TSA 46汽輪機油，油站容積220L，按照每年更換一次，一次更換一桶粗略計算，成本約3000元）;此外散熱器、加熱器、傳感器、控制器等均屬于易損件，在日常使用中需要不定期更換、搶修;在使用中，控制器故障致使備用油泵未啟動，或人為原因造成斷油燒瓦的現(xiàn)象偶有發(fā)生，人為縮短了軸瓦使用壽命，增加了備件費用、檢修工時費用的投入。

使用剖分式軸承無需油站，因此，無上述耗材、易損件，只需投入價格低廉的鋰基潤滑脂即可。按照上述加油量，全年加油量遠小于1kg，結(jié)合美孚SHC 1500市場價格計算，單臺設(shè)備的全年潤滑油投入金額小于100元。

剖分軸承和軸瓦相比，價格較高，但綜合考慮單品使用壽命、停產(chǎn)檢修損失、檢修工時費投入、日常維護成本，采用剖分式滾動軸承的綜合費用將大大降低。

1.7 基本額定壽命對比

①原軸承為巴氏合金滑動軸承，其主要尺寸為：Φ225mm×Φ95mm×71mm，其徑向額定動載荷Cr為335kN;徑向額定靜載荷Cor為448kN。

其基本額定壽命：

La=（Cr/Fr）3.33×（106/60×n）=（335/Fr）3.33×（106/60×2950）

②改造后的軸承為剖分式滾動軸承，其型號為：100 BCP 95mm;其主要尺寸為：Φ152×Φ95mm×71mm;其徑向額定動載荷Cr為320kN;徑向額定靜載荷Cor為421kN。

其基本額定壽命：

Lb=（Cr/Fr）3.33×（10×/60×n）=（320/Fr）3.33×（106/60×2950）

③壽命對比：Lb/La=（320/335）3.33=0.8585（倍）

即：由滑動軸瓦改造為剖分式滾動軸承，理論壽命縮短為原有壽命的0.8585倍。

1.8 巴氏合金滑動軸承與剖分式滾動軸承在本方案中的綜合性能對比（見表1）

2 ?實施方案對比分析

2.1 更換巴氏合金滑動軸承的實施方案

①確定風(fēng)機主電機停止、高位油箱回油結(jié)束、風(fēng)機進出風(fēng)口閥門完全關(guān)閉后，松開風(fēng)機前、后端軸瓦蓋上共計8顆螺栓、2根圓錐定位銷;清除上下瓦蓋接合處的密封膠，用扁鏟和手錘輕輕敲打接縫，使上下瓦蓋開口，隨后用撬棍將上瓦蓋翹起，用天車將瓦蓋吊出。在此過程中應(yīng)注意，不能磕碰或敲打振動傳感器、溫度傳感器探頭，更不能用手抓住傳感器，將上瓦蓋拎起，防止損傷。

②使用內(nèi)六角扳手，將兩端軸瓦上共計8顆螺栓拆下;隨后用潔凈的棉紗布擦拭上下瓦合口處殘留的潤滑油，防止因油膜產(chǎn)生吸力，使上下瓦不能夠順利分開;當(dāng)上下瓦輕微分開時，應(yīng)注意下瓦口與軸瓦座結(jié)合處的定位銷，防止其掉入瓦座油腔內(nèi)。

③用潔凈、厚實的棉布，將軸瓦內(nèi)側(cè)露出的風(fēng)機軸頸包裹起來，用鋼絲繩從包裹好的部位穿過，使用天車將風(fēng)機軸輕微抬起2mm左右，此時可使用木槌從下瓦的一側(cè)端面處輕輕敲打，使下瓦在軸和下瓦座之間滑動，從另一側(cè)將下瓦取出。在此過程中應(yīng)保證軸頸被較厚的棉布包裹，防止軸頸表面受傷，同時應(yīng)嚴格控制天車的起吊速度和高度，防止風(fēng)機兩側(cè)蝸殼的上半部分密封材料受擠壓而損壞，或風(fēng)機軸被拉彎變形。

④取出舊軸承后，觀察軸瓦受損部位和嚴重程度，在兩端的軸上仔細檢查軸頸是否有損傷;該處軸頸為中95mm，一般出現(xiàn)磨損后，單邊磨損在0.025-1mm之間，當(dāng)單邊磨損量小于0.5mm時，可使用100#紗布和500#水砂紙進行打磨修復(fù)。

⑤確保軸頸無損傷或修復(fù)合格后，使用三棱刮刀將新軸瓦接觸面上刮出菱形網(wǎng)狀油路線;然后清理下瓦座，從一側(cè)裝入下瓦，稍微下落風(fēng)機軸，再裝入下瓦與下瓦座之間的定位銷，調(diào)整下瓦兩側(cè)端面與下瓦座平齊后，完全落下風(fēng)機軸，安裝上瓦，最后使用內(nèi)六角扳手，將螺栓擰緊。

⑥清理兩側(cè)的上軸瓦蓋和下瓦座結(jié)合面的殘留密封膠后，再次打膠，恢復(fù)兩側(cè)軸瓦上蓋，裝入圓錐定位銷，擰緊所有螺栓。

⑦使用螺絲刀與套筒扳手配合，將彈性套柱銷聯(lián)軸器的螺栓全部拆除;松開電機的四顆M30地腳螺栓。

⑧使用2塊百分表、1把塞尺、6個機械式千斤頂以及6個配套支具、5T天車一臺、4根起吊電機專用的等長鋼絲繩、1：30的楔鐵墊8塊、厚度20mm平鐵墊4塊、厚度0.1-2.0mm銅皮若干開始調(diào)整電機位置，從而使電機軸與風(fēng)機軸對中。

將上述工具中的6個機械式千斤頂以及6個配套支具按照圖3所示進行放置，以調(diào)整電機在水平面中的位置。

在圖3風(fēng)機電機水平面調(diào)整工具布置圖中：1為鼓風(fēng)機軸;2為軸瓦位置示意;3為鼓風(fēng)機端聯(lián)軸器;4為電機端聯(lián)軸器;5為電機軸;6為電機底座地腳螺栓孔;7為千斤頂;8為專用支具。

通過使用天車及4根起吊電機專用的等長鋼絲繩，可以將電機進行升起或落下，再使用楔鐵墊、平鐵墊、銅皮對電機的高低進行調(diào)節(jié)。

在調(diào)節(jié)中，使用的兩塊百分表應(yīng)按照圖4所示的方式進行布置。找正時，做好同一記號，為避免測量數(shù)據(jù)誤差加大，應(yīng)把靠背輪均分為4個點，以便取到精確的數(shù)據(jù)。在調(diào)整過程中，應(yīng)先消除聯(lián)軸器的高差，再消除聯(lián)軸器的張口。整個調(diào)整過程應(yīng)做好數(shù)據(jù)記錄。每轉(zhuǎn)一周，進行一次簡要的數(shù)據(jù)分析，然后再做針對性的調(diào)整。

在該型號風(fēng)機中：

電機軸的聯(lián)接端距離電機尾部地腳螺栓水平距離為1550mm;風(fēng)機軸的聯(lián)接端距離風(fēng)機尾部地腳螺栓水平距離為1574mm。

鼓風(fēng)機設(shè)計要求中：

徑向偏差△Ymax≦0.17mm，軸向偏差△Xmax≦0.25mm。

對輪型號為LT10型彈性套柱銷聯(lián)軸器，孔直徑95mm，外徑Φ315mm。

對照國標(biāo)GB/T4323-2002《彈性套柱銷聯(lián)軸器》中“LT型允許最大軸線誤差對照表”可知：LT10型彈性套柱銷聯(lián)軸器的徑向允許最大安裝誤差△Y為0.2mm，角向允許最大安裝誤差△α為30'。

計算得：

徑向偏差△Ymax=0.2mm;軸向偏差△Xmax=tan30'×315=2.75mm。

該數(shù)值顯然偏大，大于鼓風(fēng)機設(shè)計要求中：徑向偏差△Ymax=017mm，軸向偏差△Xmax=0.25mm的要求。

所以，應(yīng)按照鼓風(fēng)機設(shè)計要求對中度進行調(diào)整，調(diào)整后聯(lián)軸器的精度也在許用范圍內(nèi)。

2.2 更換為剖分軸承的實施方案

在此次改造過程中將風(fēng)機軸的前后軸瓦均改為剖分式滾動軸承，全部安裝施工時間為4天，具體的施工內(nèi)容如下：

初次改造時，需要先將現(xiàn)有的軸瓦拆除，因此前4步驟與更換巴氏合金滑動軸承的實施方案中的①、②、③、④的內(nèi)容相同。此處從第5步驟開始敘述：

⑤確保軸頸無損傷或修復(fù)合格后，開始安裝剖分軸承。先使用清潔的棉布鋪墊在下軸瓦座的弧面上;將準(zhǔn)備好的剖分軸承分為兩部分，依次將軸承箱半體、外圈半體、保持架及滾子總成半體、內(nèi)圓半體放在軸下方的棉布上，再將與之匹配的其余部件依次安裝在軸上部。

⑥稍微下落風(fēng)機軸，兩人配合安裝上瓦，注入額定量潤滑脂最后使用內(nèi)六角扳手，將螺栓擰緊;撤出全部下瓦座弧面上的棉布;完全下落風(fēng)機軸。

⑦清理兩側(cè)的下瓦座殘留密封膠后，再次打膠;將上瓦蓋安裝在上半軸承箱上，保證定位銷完全進入后持緊所有螺栓。

⑧安裝上部油杯。因此次為初次改造，需重新調(diào)整電機軸和風(fēng)機軸的對中因此后續(xù)步驟與上述更換巴氏合金滑動軸承的實施方案中的步驟⑧相同。然而，在改造完成后，日常使用中只需要定期注入適量潤滑脂即可，當(dāng)軸承使用周期到了之后，更換新的剖分軸承，只需按照本小節(jié)中描述的①、②、⑤、⑥、⑦即可。因步驟簡單全部拆裝施工可在24小時內(nèi)完成

3 ?改造運行及效益分析

該高心式鼓風(fēng)機改造采用剖分軸承后，徹底解決了軸瓦易損壞的問題，每天穩(wěn)定生產(chǎn)。雖單次采購剖分軸承的價格較高，但綜合考慮安裝操作性、施工時間、操作風(fēng)險、維護便利性、停產(chǎn)造成的損失、檢修工時費用、日常維護成本等多方面因素后，仍有顯著的經(jīng)濟效益。

4 ?結(jié)束語

①鼓風(fēng)機兩端的巴氏合金滑動軸承被剖分式滾動軸承所代替，充分利用了原有的軸承座，以較少的投入，解決了巴氏合金滑動軸承容易因斷油而燒壞的問題，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。②在后期使用中，剖分軸承的更換難度、所需工時、操作風(fēng)險、停產(chǎn)損失、日常維護成本均大大降低;維護便利性得到了極大的提高，對操作入員、維修人員的技術(shù)要求以及勞動強度均有所降低。

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