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大型引風機軸承燒瓦原因分析及治理

2010-11-30

　　1 引風機試轉時軸瓦出現的問題
　　徐塘發電有限公司2×300MW擴建工程6號機組引風機是成都電力機械廠制造的型號為AN28e6靜葉可調式軸流風機，風量為268.74m³/s，風壓為4711Pa；電機是沈陽電機股份有限公司提供的型號為YKK710-8電機，電機轉速為744r/min，功率為1800kW，電壓為6000V。電機兩端為滑動軸承結構，瓦寬為220mm，甩油環外徑為363mm，厚度為11.5mm，寬度為30mm，質量為3060g；軸頸外徑為200mm，橢圓度偏差為0.2mm。油室兩側各有一個油位計，軸承座與下軸瓦之間有一個電加熱器，下軸瓦下面有一個測溫元件。電機軸承的冷卻方式為自然冷卻。
　　次試轉時，甲側引風機電機推力端軸瓦溫度升高，定值保護停機；乙側引風機電機膨脹端軸瓦溫度升至報警值，為了防止設備嚴重損壞，手動停機。檢查發現甲側引風機電機推力端軸瓦有燒瓦現象，乙側引風機電機膨脹端軸瓦局部有磨痕。現場消缺，重新安裝后，電機試運轉4h無異常現象。鍋爐空氣動力場試驗時，2臺引風機電機的軸瓦溫度穩定在61.9℃（甲）、59.5℃（乙）后略微下降，轉動正常。

　　2005年4月1日，電除塵氣流分布試驗過程中除電機軸瓦溫度稍高外，其他正常。但是在氣流分布試驗快結束后，16∶ 00，62號引風機電機側軸瓦溫度快速攀升至62.4℃時；16∶ 30，61號引風機風機側軸瓦溫度快速攀升至61.2℃，都有進一步上升的趨勢。為了保護設備，手動停機。2臺電機氣流分布試驗時引風機軸瓦溫升值見表1。

　　表1　氣流分布試驗時引風機軸瓦溫升值

　　4月2日～4月5日對電機軸瓦解體檢查，發現2臺電機端外側和風機端外側軸瓦均有磨瓦現象，但內側沒有磨瓦現象。同時發現油擋附近軸頸處油潤滑明顯不足。對瓦面作刮瓦處理試轉，當溫度達到56～60℃后，瓦溫快速攀升。前后試運轉達11次，每次情況都差不多。解瓦檢查發現,瓦面痕跡一致。加大冷卻油量后，不再燒瓦，但溫度仍然升至62℃，并且隨著氣溫的波動而波動。整個過程中，2臺風機軸系振動很好，Z大振動均為1絲左右。
　　2 原因分析
　　打開軸瓦對軸承進行了仔細檢查，如壓力角、間隙、橢圓度等，甲、乙側引風機電機軸承檢查數據見表2。所有數據都符合規范和廠家技術要求，可以排除安裝不當的原因。

　　表2　甲、乙側引風機電機軸承檢查數據

　　由于2臺引風機軸系軸向、水平、垂直方向振動都很小，所以排除了軸系不對中、磁力線中心、電機基礎等問題。瓦面沒有被電擊的痕跡，所以也排除了軸承座絕緣不夠和轉子磁通量軸向分布不均等原因。2臺風機為同一批產品，且燒瓦發生的過程和癥狀非常相似，所以初步認定故障原因是一致的。
　　由這2臺引風機電機軸瓦溫升高直至燒瓦整個過程，通過對原始記錄的數據資料進行分析，初步判斷故障是由于甩油環轉動帶上來的油量太少，在下瓦壓力角內無法形成和保持一定厚度的油膜，導致軸頸與軸瓦接觸摩擦。瓦溫、油溫升高后，潤滑油的黏度下降，加劇了油膜的破壞，直至軸瓦與軸頸摩擦,溫度急劇升高。當溫度達到某一臨界數值時，油膜承壓能力低于軸頸壓力，由此將引起惡性循環，導致軸瓦溫度快速攀升。
　　加大潤滑冷卻油量后,潤滑油位高于軸瓦下瓦面，這雖然緩解了油膜的破壞,在一定程度上避免了軸與軸瓦的直接接觸,但是此時的平衡溫度達到62℃,是一種高位平衡,軸承運行風險太大。
　　3 改進措施
　　（1）更換潤滑油。用46號機械油代替46號透平油，目的是為了提高潤滑油的黏度，使得在甩油環轉動時可以帶上更多的油。但高溫時,機械油黏度的下降程度比透平油大。但是試驗證明，效果并不明顯。
　　（2）對軸瓦進口油囊作加深處理。在出油側增加出油油囊，在瓦面開網狀油槽，目的是為了加大軸潤滑冷卻油的循環速度。上述措施沒有起到決定性作用。
　　（3）對甩油環進行改進。在粗糙甩油面內側開淺斜槽，在甩油環側面加開幾條淺油槽。該措施同時帶來了正、負兩方面的效應。正面作用是有利于甩油環在轉動過程中儲油，使得帶油量增加。負面作用是油槽加深，出油量相對于帶油量的比重下降。
　　（4）加大潤滑油量。將油位實際高度達到下瓦面以下（圖紙要求下瓦的2/3高度），這樣雖然緩解了油膜破壞，但油位太高，以致局部換熱效果變差，平衡時溫度太高，風險加大。
　　（5）在油室內加設盤管式水冷卻裝置。該方法相對比較簡易方便。但是由于油室結構特殊，且增加冷卻裝置將相對減少油室中的油量，如果發生冷卻水效率降低或者上層油溫升高現象（冷卻只能針對下層油），溫度就不能很好控制。
　　現場實施效果表明，實施上述多種措施后的效果并不明顯，以上方法不能夠從根本上解決軸瓦溫度過高的問題。
　　在這種情況下，只有改變潤滑冷卻方式，才能達到軸瓦降溫的目的。在對問題進行分析的基礎上，決定采用電機軸承外循環冷卻裝置。改進前、后軸瓦結構圖，分別見圖1、圖2。電機用外循環潤滑系統見圖3。盡管增加了投資，但有效地增加了散熱量和潤滑流量。在選擇油循環的路徑上，采用進油（冷油）噴淋，油室高位油溢流回油的方案。在電機軸承外部加裝一套循環潤滑油系統，供2臺電機4個軸瓦用。甩油環仍然保留，在每個軸承上瓦靠進油側裝1根Dg15的進油管，安裝 1個Dg15的閥門，以便調節進油量的大小，0.2MPa壓力對軸頸直接噴淋。每個軸瓦約有4L/min的潤滑油流經瓦面，充足的油量形成一定的油膜，確保摩擦面處于液體摩擦狀態，并及時帶走軸承產生的熱量。用軸承座的預留接口做回油接口（管徑為Dg50），使油室仍然保持原有的油位高度。當外循環裝置發生故障或斷電，導致短時間意外事故發生時，甩油環仍然可以向軸瓦供油。值班人員發現瓦溫上升快，溫度高等異常情況后，可以及時處理，采取措施以避免燒瓦事故的發生。

　　圖1　改進前的軸瓦結構

圖2　改進后的軸瓦結構

圖3　電機用外循環潤滑系統圖

　　為確認電機軸承外循環冷卻裝置的可靠性，裝置裝好后，將6號鍋爐的一次風機、送風、密封風機和引風機全部啟動，按照設備的額定工況進行滿負荷運行，運行48h，整個過程中Z高溫度始終保持在37℃左右，說明上述方案起到了很好效果。
　　4 結論
　　引起軸瓦溫度升高的原因很多。如果是由振動引起的，可以從轉子動平衡、軸系找中心、基礎剛度、磁力線中心等方面處理。如果是由于傳熱等問題引起的溫度升高而導致燒瓦時，僅從機械和結構上分析，往往不易尋找出根本原因，這時必須從潤滑原理上分析，尋找原因，從根本上解決軸承溫度高的問題。
　　我們通過加裝一套強制外循環冷卻裝置，改進了軸瓦冷卻和潤滑方式，有效地解決了軸瓦溫度高的缺陷。

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