一次风机推力瓦损坏原因及处理方法

甘 政，代泽华，邓 微

(四川白马循环流化床示范电站责任有限公司 检修维护部，四川 内江 641005)



一次风机推力瓦损坏原因及处理方法

甘 政，代泽华，邓 微

(四川白马循环流化床示范电站责任有限公司 检修维护部，四川 内江 641005)

四川白马循环流化床示范电站300 MW机组的一次风机在每年夏天运行时，其驱动端轴瓦的温度都会较高，平均在80 ℃左右。当温度超过85 ℃时，推力瓦会由于高温而造成损坏。现对该系统进行改造，采用外循环油系统对轴承进行润滑冷却。改造结果表明，使用外循环油结构对滑动轴承进行润滑优于自润滑结构，使其运行时的平均温度降低至55 ℃，提高了设备的可靠性。

一次风机；推力瓦；油系统；换热性能

四川白马循环流化床示范电站300 MW机组一次风机由意大利Baldrachi公司生产。风机结构为单吸、双支撑结构，如图1所示。

图1 风机结构

风机驱动端轴瓦采用美国(DODGE)道奇公司的RTL动压润滑轴承。上支撑轴瓦内部设置前后两副推力瓦来平衡风机运行过程中产生的轴向力。冷却系统是利用轴瓦内部冷却水仓腔体来对轴瓦进行降温，并对润滑油进行冷却。在夏季运行过程中，靠电机侧运行的风机的驱动端轴瓦温度一直在80 ℃左右，增加了设备的安全运行风险，风机温度变化曲线如图2所示。

图2 风机温度变化曲线

1 原因分析

1.1 轴瓦温度

当风机在高温状态下运行时，对风机轴承温度、油温、支撑轴瓦温度、推力轴瓦温度进行测量，其结果如图3所示。风机推力轴瓦处温度最高，达到82 ℃左右，支撑轴承的温度在75 ℃左右，油温在65 ℃左右，当时的环境温度为40 ℃。对轴承进行检查发现，非工作推力瓦有轻微磨损痕迹，这是由于推力瓦温度过高而造成轴瓦温度整体偏高，使轴承损坏。对轴瓦的安装间隙、主轴水平度、电机磁力中心、联轴器中心等进行检查，这些数据都在合格范围内。

图3 轴承温度分布

确定推力瓦温度过高后，发现磨损的推力瓦主要集中在副推力瓦上。根据单吸式风机的结构原理，风机在运行过程中有一个指向入口的轴向推力，如图4所示。

图4 风机轴向推力

一般情况下，靠近风机吸入口侧的推力瓦为工作瓦，而对称的是非工作瓦。根据非工作瓦的磨损情况可以判断出热源产生自这里。此外，当风机负荷偏大时，轴承温度会缓慢降低；当风机负荷偏小时，轴承温度会缓慢升高。这是由于在低负荷时，风机吸入口安装有防预旋器，造成气流直接冲击叶轮后盘，而此时风机指向吸入口的轴向力偏低，最终轴向力指向非工作瓦，造成副推力瓦损坏；当负荷升高以后，指向吸入口的轴向力逐渐增大，从而减少副推力瓦上的力，轴承温度降低。

1.2 风机推力及推力轴瓦承载力核算

1)风机高负荷(全压28 kPa)的轴向推力计算

其中，P为通风机全压，D为通风机进口直径。

2)风机低负荷(全压20 kPa)的轴向推力计算

其中，P为通风机全压，D为通风机进口直径。

3)推力瓦块的承载力计算

推力瓦块的极限承载力(油膜稳定状态下)为1.82 N/mm2(厂家提供)。

4)推力瓦块校核

推力盘的内径为152 mm，外径为245 mm，则推力瓦块的承载力为

由此可见，推力瓦块的承载力未超过极限承载力，满足要求。

1.3 油膜最高温度计算

由于采用油室带油环供油，供油温度θi为65 ℃，轴瓦温升Δθ为17 ℃，油膜最高温度为θmax=θi+1.5Δθ=90.5 ℃。而润滑油的密度会随着温度升高而减小，其承载能力亦会降低，从而导致油膜损坏。

1.4 推力瓦合金层及推力间隙检查

将损坏的推力瓦拆卸下来进行检查，切除相应的断面，发现推力瓦合金部位有许多细小的裂纹，这些细小的裂纹是轴瓦疲劳损伤的一个典型表现，如图5所示。通过检查确定推力间隙为0.50 mm，符合0.35～0.55 mm的标准。

图5 风机轴向瓦裂纹

1.5 冷却润滑系统检查

图6 风机润滑冷却系统

由图6可以看出轴瓦结构有缺陷，就是推力瓦油室底部无冷却水室，这样会造成支撑瓦换热较好，而推力瓦换热性能较差。由于润滑油采用无压带油环供油，润滑油带走热量的效果较差，这是由于润滑油没有在轴瓦上冷却到需用温度就回到了轴承室。

检查过程中还发现，带油环T型边存在锥角情况，这个锥角会减少带油环的供油量，如图7所示。另外，推力瓦在中部，这里是供油最薄弱的区域，在冷却条件不好、油量偏少的情况下，会直接影响轴瓦温度。

图7 带油环

1.6 确定原因

通过之前的计算，一次风机轴承损坏的主要原因在推力瓦上，而推力瓦经过核算后，确定了整个瓦块的承载力是没有问题的；而由于油量及冷却系统的局限性，造成推力轴瓦老化疲劳，整个轴瓦的油膜温度过高，最终造成轴瓦损坏。

2 处理方法

为了提高轴瓦的冷却性能，现增加1套动压供油装置，以此来提高润滑油的供油量，降低轴瓦温度，如图8所示。该装置具有两套冷却系统：一个是带油环的水冷却系统；另一个是动压供油外置冷却系统。

图8 动压供油系统

在安装完这套动压供油系统后，测得推力瓦最高温度为58 ℃(环境温度为40 ℃)，平均温度为55 ℃，轴瓦温度处于正常温度范围内。而油膜最高温度为θmax=θi+1.5Δθ=67 ℃，符合设备运行要求(其中供油温度为40 ℃，轴瓦温升为18 ℃)。

3 结 论

一般情况下，推力轴瓦的温度与轴向推力及润滑冷却系统有直接关系，而轴向推力过大的原因又与叶轮结构特性和主轴是否保持水平有关。此外，影响轴向推力的外在因素也较多，如果通过核算和检查没有问题，那么推力轴瓦温度过高的问题往往集中在润滑冷却系统上。此次风机轴瓦损坏是典型的由于温度过高而导致润滑冷却系统故障。通过采用动压供油的方式，使轴瓦温度从80 ℃左右降低到55 ℃左右，证明了外循环油系统结构要优于自润滑系统结构。

[1]商景泰.通风机使用技术手册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]王 俊.单吸式离心通风机轴向推力及止推性能试验对比[J].风机技术，2006(1)：4-7.

[4]张代新，陈宜振，尹民权.锅炉吸风机运行工况异常原因剖析[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2013，9(2)：113-116.

(责任编辑 张 凯 校对 佟金锴)

Damage Reason and Treatment about Thrust Bearing of Primary Air Fan

GAN Zheng,DAI Ze-hua,DENG Hui

(Maintenance department,Sichuan Baima CFB Demonstration Plant Liability co.,LTD,Neijiang 641005,Sichuan Province)

The thrust bearing of the primary air fan made by Baldachin's Company in Italian in the 300MW Unit of Sichuan Baima CFB Demonstration Plant is the single-suction and double action truss system. This bearing has adopted the RTL dynamic-pressure sliding bearing from Dodge's company in U.S.A; the thrust pad is in driven-end bearing. The bearing bush runs at about 80 Celsius degree when the primary air fan operates in the summer of each year. When the temperature exceeds over 85 Celsius degree,the thrust bearing will be damaged. In order to improve its reliability,the paper adopts the external circulating oil system to cooling these bearings,and the result shows that the temperature of the pad can decrease to 55 Celsius degree with the external circulating oil system and is better than with the self-lubricating structure.

air fan;thrust bearing;oil system;thermal transfer performance

2014-11-04

甘 政(1980-)，男，四川内江人，高级技师。

10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.03.008

TK268

A

1673-1603(2015)03-0229-04