王發(fā)財 劉彥成/青海鹽湖工業(yè)股份有限公司

懸臂式離心風(fēng)機葉輪側(cè)軸承燒損原因分析及解決

王發(fā)財 劉彥成/青海鹽湖工業(yè)股份有限公司

針對懸臂式離心風(fēng)機一直存在葉輪側(cè)軸承溫度過高、溫升過快、振動較大問題，對風(fēng)機結(jié)構(gòu)性能、軸承損壞情況及軸承損壞過程中傳感器提供的振動曲線圖、溫度曲線圖研究分析。經(jīng)計算各類軸承的最小負(fù)荷及軸承受力特點，將該懸臂式離心風(fēng)機葉輪側(cè)軸承改型，并將原風(fēng)機末端兩盤軸承采用同一支路潤滑系統(tǒng)改為兩盤軸承由各自分支路的單獨潤滑系統(tǒng)，該方案徹底解決了上述故障。

離心風(fēng)機;參數(shù)超標(biāo);軸承改型;潤滑改進(jìn)

1 概述

在近幾年循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，已有大部分化工、冶金等企業(yè)擁有自備火力電廠，各電廠由于風(fēng)機振動導(dǎo)致降負(fù)荷現(xiàn)象時有發(fā)生[1]，而離心風(fēng)機是火電廠的主要輔助設(shè)備，其運行情況的好壞直接關(guān)系到鍋爐能否安全穩(wěn)定運行[2]。然而離心風(fēng)機振動超標(biāo)、溫升過快等現(xiàn)象一直是影響風(fēng)機安全穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的故障難題，如文獻(xiàn)[3]提供的設(shè)備附近的管道振動問題，文獻(xiàn)[4]提供的不平衡引起的振動超標(biāo)問題等。

本文試驗的風(fēng)機每臺CFB鍋爐配有1臺播煤增壓風(fēng)機，出力為120％，它是鍋爐配風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，主要為鍋爐爐前播煤及給煤機的密封提供動力，補償鍋爐一次風(fēng)機風(fēng)量，維持并保證鍋爐的正常穩(wěn)定運行。該風(fēng)機為CGG135No13.5型懸臂式離心風(fēng)機，為更有效地保證軸承工作溫度，本機采用水冷軸承箱，軸承箱由普通鑄鐵鑄造，上下對開，一側(cè)以半圓形法蘭與機殼連接，在軸承箱的葉輪側(cè)裝有兩只6 226向心球軸承，在電機側(cè)裝有兩只單列角接推力球軸承7 226，以便更好地分布載荷和承受各個方向的力。軸承潤滑為浸漬式，潤滑油選用（GB443-89）L-AN68（冬季）或L-AN100（夏季）機械油或透平油。該實驗風(fēng)機屬于懸臂式離心風(fēng)機，該風(fēng)機的流量調(diào)節(jié)是通過進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的[5]，自安裝以來，多次發(fā)生末端軸承溫度過高、溫升過快、振動較大等故障，導(dǎo)致鍋爐機組被迫停運，經(jīng)多次常規(guī)檢修未能取得實質(zhì)性的效果。

2 故障原因分析處理

通過搜集并研究多次軸承損壞過程中傳感器提供的振動曲線圖、溫度曲線圖及軸承損壞特點，通過對比研究發(fā)現(xiàn)軸承損壞現(xiàn)象主要表現(xiàn)為外觀顏色變黑（風(fēng)機葉輪側(cè)遠(yuǎn)離油箱側(cè)軸承）、軸承保持架發(fā)生變形與滾動體磨損，振動曲線圖的主要特征表現(xiàn)為波動式振動與小段高頻峰值，溫度曲線圖主要體現(xiàn)了啟動瞬時軸承溫度急劇上升，隨后慢慢下降的特點。

為了研究該風(fēng)機振動是否由于低負(fù)荷引起異常振動，對風(fēng)機調(diào)門安裝角葉片進(jìn)行了放大處理，結(jié)果振動情況未變，證明該風(fēng)機振動與入口調(diào)節(jié)門后中心渦流引起的氣流周期性高脈動無關(guān)[6]；對其軸承座、地基及軸承外圈與軸承座的配合間隙進(jìn)行了詳細(xì)測量，所有數(shù)據(jù)都顯示正常，故排除了軸承箱與軸承外圈配合間隙不當(dāng)引起振動的懷疑[7]；對其葉輪配合間隙及軸彎曲度進(jìn)行了測量，均符合要求，故排除了葉輪配合間隙不當(dāng)引起振動的原因[8]；對其轉(zhuǎn)子輪轂腔室內(nèi)的固化結(jié)垢情況進(jìn)行檢查，無固化結(jié)垢現(xiàn)象，故排除了固化結(jié)垢導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量失衡引起強迫振動的嫌疑[9]；檢查了該風(fēng)機的導(dǎo)葉調(diào)門的初始位置和旋轉(zhuǎn)方向，排除了該原因?qū)е嘛L(fēng)機出口溫度升高的原因[10]；再通過對該風(fēng)機的出口調(diào)節(jié)門、冷卻水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子部件、風(fēng)機組裝各部位間隙等均進(jìn)行了詳細(xì)檢查，最后發(fā)現(xiàn)該風(fēng)機末端軸承承力不均和末端軸承潤滑不良是導(dǎo)致風(fēng)機末端軸承損壞的根本原因。

2.1 風(fēng)機末端軸承受力分析及處理

軸承保持架發(fā)生變形及滾動體磨損與振動曲線圖中的波動式振動和小段高頻峰值有何聯(lián)系，該設(shè)備產(chǎn)生軸承保持架變形和滾珠磨損的具體原因又是什么，解決這一連串的問題，需要對風(fēng)機結(jié)構(gòu)性能及滾動軸承故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入研究。該風(fēng)機為懸臂式離心風(fēng)機，為更加有效地保證軸承工作溫度，本機采用水冷軸承箱，在電機側(cè)裝有兩只單列角接推力球軸承7 226，主要起風(fēng)機轉(zhuǎn)子軸向固定作用，在軸承箱的機殼側(cè)裝有兩只承擔(dān)風(fēng)機轉(zhuǎn)子徑向支撐作用的6 226深溝球軸承。與橋式風(fēng)機相比，懸臂式風(fēng)機末端軸承所承受的徑向載荷較大，且該風(fēng)機末端裝有兩盤軸承，由于軸承座鑄造工藝不精等問題，致使該風(fēng)機末端兩盤軸承受力不均。

能否正確的選用滾動軸承，對機組能否獲得良好的工作性能、延長使用壽命有著重要意義，一般來說，應(yīng)根據(jù)軸承的工作條件（如載荷方向和載荷性能、轉(zhuǎn)速、潤滑方式、同軸度要求、定位或非定位、環(huán)境溫度等）選擇軸承的基本類型，該風(fēng)機葉輪側(cè)軸承主要起徑向載荷作用，故可以選擇深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。對于該機組來說，通過計算可得，NU226單列圓柱滾子軸承的最小負(fù)荷Frm=4kN（該風(fēng)機轉(zhuǎn)速為2 980r/min、參考轉(zhuǎn)速取值為3 000r/min），而6 226深溝球軸承的最小負(fù)荷Frm=2kN（46號液壓油40℃的運動黏度取值為50.6mm/s），故圓柱滾子軸承的徑向承力效果比深溝球軸承的徑向承力效果更優(yōu)越，更能適應(yīng)徑向載荷較大的場合[11]，而且NU226軸承還可以滿足風(fēng)機轉(zhuǎn)子軸向自由膨脹的條件，故決定將該風(fēng)機末端原型號為6226的兩盤軸承改為NU226-E型內(nèi)圈無擋邊圓柱滾子軸承。NU226-E型內(nèi)圈無擋邊圓柱滾子軸承，不僅可以提供懸臂式離心風(fēng)機轉(zhuǎn)子所需的較大徑向載荷，解決末端兩盤軸承承力不均問題，還可以滿足風(fēng)機轉(zhuǎn)子軸向自由移動的條件。

2.2 風(fēng)機葉輪側(cè)軸承潤滑不良及潤滑系統(tǒng)改造

針對風(fēng)機末端遠(yuǎn)離油箱側(cè)軸承外觀顏色變黑現(xiàn)象并結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場實際勘察，可確定發(fā)生該故障主要原因為軸承潤滑不良，在風(fēng)機啟動瞬間，由于第一盤軸承的阻擋，致使油箱內(nèi)的潤滑油在啟動瞬時不能及時供給靠近葉輪側(cè)的軸承，故啟動瞬間軸承溫度急劇增高，產(chǎn)生軸承表面過熱變色現(xiàn)象。油箱的主要作用就是潤滑油存儲以及潤滑油循環(huán)后的脫氣、沉降處理[12]，如何解決兩盤軸承串聯(lián)安裝時遠(yuǎn)離油箱側(cè)軸承潤滑不良現(xiàn)象是一大技術(shù)難題，為此，設(shè)想了軸承座頂部開孔進(jìn)行人工注油、從軸承箱座內(nèi)部加工槽引進(jìn)油箱潤滑油、加裝可控油量式管道改造法三種處理方案，軸承座頂部開孔進(jìn)行人工注油存在人員難以控制油量和潤滑油不能及時輸出等故障，該軸承箱為水冷式軸承箱且軸承箱通水處壁厚較薄，故從軸承箱座內(nèi)部加工槽引進(jìn)油箱潤滑油方案也無法實施，最終采取了加裝可控油量式管道改造法將原風(fēng)機末端兩盤軸承采用同一支路潤滑系統(tǒng)改進(jìn)為兩盤軸承由各自分支路進(jìn)行單獨潤滑系統(tǒng)，即采用管道引導(dǎo)方式將油箱潤滑油引進(jìn)葉輪側(cè)第二盤軸承部位，對其進(jìn)行良好循環(huán)潤滑。

該風(fēng)機軸承潤滑采用浸漬式潤滑，潤滑油選用(GB443-89)L-AN68(冬季)或L-AN100(夏季)機械油或透平油。如圖1所示，葉輪側(cè)第一盤軸承與軸承油箱相連，故潤滑良好，而葉輪側(cè)第二盤軸承由于第一盤軸承的阻擋，在軸承高速運轉(zhuǎn)時，其潤滑油不能及時補給，潤滑效果差。

圖1 懸臂式離心風(fēng)機末端結(jié)構(gòu)示意圖

加裝可控流量式管道將原風(fēng)機末端兩盤軸承采用同一支路潤滑系統(tǒng)改進(jìn)為兩盤軸承由各自分支路進(jìn)行單獨潤滑系統(tǒng)，以徹底解決末端靠近葉輪側(cè)軸承潤滑不良故障。改造過程如下：

a.在風(fēng)機油箱上油窗的1/3部位右側(cè)加工M12內(nèi)螺紋孔，并在末端軸承端蓋下半部分低于其油箱加工部位2mm處加工M12內(nèi)螺紋孔。考慮到該軸承端蓋打孔引進(jìn)潤滑油后會造成風(fēng)機軸封處發(fā)生漏油現(xiàn)象，故將軸承端蓋上毛氈安裝槽位進(jìn)行了改進(jìn)，根據(jù)實際情況將其加寬2mm，加深3mm。軸承端蓋具體改進(jìn)如圖2。

b.管路的布置原則，要考慮各個操作點容易接近及易于操作，同時盡量減少管路長度及拐彎，且保證整體美觀[13]。利用變徑接頭及管道將油箱加工孔與軸承端蓋加工孔部位接通，并在其管道上安裝流量控制閥，便可以使油箱內(nèi)的潤滑油進(jìn)入葉輪端第二盤軸承處，并可以通過流量控制閥根據(jù)油量需要調(diào)節(jié)進(jìn)入該軸承部位的實際油量。改造后風(fēng)機末端兩盤軸承采用兩支油路分別進(jìn)行潤滑，葉輪側(cè)第一盤軸承由油箱直接負(fù)責(zé)潤滑，葉輪側(cè)第二盤軸承由靜壓連通油路單獨提供潤滑油，如此，該風(fēng)機在運轉(zhuǎn)時，末端兩盤軸承均潤滑良好。改造后潤滑系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖2 懸臂式離心風(fēng)機末端油封改進(jìn)示意圖

圖3 懸臂式離心風(fēng)機改造后末端軸承潤滑系統(tǒng)示意圖

3 改造效果

表1 懸臂式離心風(fēng)機軸承選型及潤滑系統(tǒng)改造前后運行參數(shù)對照表

改造前風(fēng)機前、后軸承振動值較大且頻繁跳動，甚至接近風(fēng)機軸承振動起跳值（6.3mm/s），瞬時溫度增長較快、溫度值波動大，且接近該風(fēng)機軸承溫度報警值（70℃）。

改造后風(fēng)機前、后軸承振動：振動平穩(wěn)且振動值較?。?.8～2.2mm/s），風(fēng)機起運時溫升緩慢、溫度值無波動，且正常運轉(zhuǎn)溫度值較低（38℃～42℃）。改造前后風(fēng)機運行參數(shù)對照表見表1。

由上述比較可知，鍋爐懸臂式離心風(fēng)機末端軸承改型及潤滑系統(tǒng)技術(shù)改造后，徹底解決了該風(fēng)機軸承振動過大且波動頻繁、溫升過快等故障。

4 結(jié)論

懸臂式離心風(fēng)機運轉(zhuǎn)技術(shù)參數(shù)超標(biāo)原因眾多，軸承承力不足和潤滑不良對其安全運行造成極大影響，通過此次改造創(chuàng)新可知，對于轉(zhuǎn)速要求不高的懸臂式離心風(fēng)機，圓柱滾子軸承更能適應(yīng)風(fēng)機葉輪側(cè)的徑向受力，且兩盤軸承串聯(lián)安裝時可通過加裝可控流量式管道將原兩盤軸承采用同一支路潤滑系統(tǒng)改進(jìn)為兩盤軸承由各自分支路進(jìn)行單獨潤滑系統(tǒng)以改變潤滑效果。

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SolutionandAnalysisofBearing Overburning in the Side of Cantilever CentrifugalFanImpellers

Wang Fa-cai,Liu Yan-cheng/QingHai Salt LakeIndustryCo.,Ltd.

Cantilever centrifugal fans have problems related to the bearing on the impeller side such as a high temperature, the temperature risinge too fast,and large vibrations during operation.Targeting these problems,research on the fan's structure and performance,bearingdamageandthe vibration curve,and temperature curve diagrams sent by sensors during the process of bearing damage were measured.Finally, by computing the minimum load of various bearings and bearing load characteristics, the cantilever type centrifugal fan bearing on theimpellersidewasmodifiedsotheoriginal fan at the end of the two bearings with one branch lubricating system was modified into two bearings with independent lubrication systemsbytherespectivebranch.This alterationcompletelysolvedtheabovefault.

centrifugalfan；parameters exceeding；bearing modification；lubrication improvement

TH442;TK05

A

1006-8155（2016）02-0091-04

10.16492/j.fjjs.2016.02.0186

2015-10-08青海格爾木816000