80万吨/年汽油加氢P-4002A/B增速箱轴承故障分析及改造处理

曹东成，李党生，徐露平

（中国石油独山子石化分公司设备检修公司炼油钳工车间，新疆 独山子 833699）

独山子石化公司炼油厂80万t/年汽油加氢装置泵P-4002A/B设备型号为HXK300-S0 ，泵转子转速为4400r/min，电机转速2930r/min，泵轴功率9．4kW，介质为常温的脱盐水，是由杭州大路实业有限公司制造，泵和电机之间带一个增速箱，型号为TH100F采用一级增速。同类型设备在该装置共有4台1套。

1 故障现象

图1 P-4002概貌图

80万t/年汽油加氢装置P-4002（图1）及同类型 三台泵自投运后频繁出现故障。从增速箱检修动态统计表中可以看出，该泵增速箱最长运行周期为半年，最短运行周期为2～3个月。

每次拆检故障现象表现为：

（1）拆检前增速箱杂音和振动变大。

（2）每次拆检后，都有轴承跑外圈迹象，表现为增速箱壳体与轴承配合处有不同程度的磨损，高速轴端尤为明显。

（3）轴承内外圈均有磨损、点蚀现象，滚子钢球磨损严重，已出现大小不一现象。

2 原因分析

2.1 轴承选型导致跑外圈情况发生

该泵增速箱高速轴采用深沟球16006轴承两端支承，低速轴采用深沟球61907轴承两端支承。两组轴承宽度均较窄，16006轴承宽度为9mm，61907轴承宽度为10mm。由于两组轴承内外圈壁均较薄，两组轴承刚性较差，因此轴承在装入增速箱壳体时紧力不能过大，如果紧力过大，将导致轴承变形，增速箱盘不动车（外圈变形，游隙变小）。由于安装时增速箱壳体紧力较小（通常有0～0．01mm的间隙），轴承外圈较窄，与壳体接触面积较小，接触面间产生的摩擦力较小，在运行过程中高速轴即高负荷端轴承很容易产生轴承跑外圈故障。高速轴承跑外圈，磨损的铁屑杂质通过油路进入低速轴承，影响低速轴承转子运转，导致低速轴承跑外圈。

所以每次检修故障表现为轴承跑外圈，高速轴端尤为明显。

2.2 轴承承载能力达不到要求，轴承寿命减小

在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数，或小时数，称之为轴承寿命。理论上，轴承承载能力越强发生点蚀的时间就会越晚，轴承寿命就会越长。轴承的负荷P与寿命L之间的关系曲线如图所示，其方程式为：

PεL10=常数

式中 P-当量动负荷（N）

L10-基本额定寿命（106 r）

ε-寿命系数，球轴承ε=3，滚子轴承ε=10/3。

由轴承的负荷P与寿命L之间的关系及曲线图，我们可以知道轴承的寿命，即发生点蚀前运行的时间与负荷Pε成反比。寿命系数ε为常数，可近似认为负荷P与寿命L成反比。当承载能力不变时（同一轴承），负荷增大，轴承寿命变短。

从几次拆检情况看，每次运行2～3个月，远没有达到额定寿命，轴承内外圈就会发生点蚀，说明两组轴承承载能力较差，或者说该增速箱选型轴承承载能力达不到要求，轴承使用寿命较短。

3 改造方案

根据拆检情况及原因分析，我们提出对该增速箱轴承重新选型的建议，选型要求如下：

（1）轴承宽度增加，以增加轴承刚性及轴承外圈与壳体摩擦力，减少或消除轴承跑外圈的可能性。

（2）选用承载能力比现有轴承承载能力大的轴承，以提高轴承使用寿命。

按照以上两点选型要求，我们通过与轴承厂家咨询，归纳了以下三种改造方案。

3.1 建议厂家改进升级轴承结构，采用厚壁角接触宽系列轴承代替

该泵增速箱高速轴端轴承采用16006轴承，外径为55mm，内径为30mm，宽度为9mm。低速轴端轴承采用61907轴承，内径为35mm，外径为55mm，厚度为10mm。建议该泵增速箱高速轴端轴承采用6206轴承，外径为62mm，内径为30mm，宽度为16mm，极限转速为13000r/min，低速轴端采用6007轴承，外径为62mm，内径为35mm，厚度为14mm。采用这样的轴承代替方案，轴承强度、刚度大大提高，由于该泵转速为4200r/min，认为该方案完全可行。

该方案实施需将增速箱壳体直径方向车削7mm后，将高速轴端、低速轴端轴承更换为6206、6007轴承，再将高轴承内圈配合轴轴肩车削7mm，低速轴内圈配合轴轴肩4mm。

该方案实施优点是轴承比较常见，易于取得。缺点是需要对增速箱壳体及高低速轴都要车削，改造量大，实现难度较高。

3.2 使用与现用轴承内径外径的双列角接触球轴承，代替现用深沟球轴承

双列角接触球轴承也就是通常所说的向心推力球轴承，其允许工作转速与深沟球轴承相近，但是支承刚性比深沟球轴承更强，主要是因为该轴承可装入较多的钢球，其径向承载能力比普通球轴承大，能承受较大的径向负荷为主的径向和轴向联合负荷和力矩负荷。与单列轴承相比有更好的刚性，能承受倾覆力矩。

根据轴承寿命计算公式：

同一位置的轴承承载能力变化后其寿命变化关系为：

有效提高了轴承的使用寿命。

该方法改造简单，只需要将高低速轴与轴承配合的轴肩车削进轴承宽度增加的量即可，转子运行位置及壳体均未发生变化，增加使用寿命显著。缺点是与轴承厂家沟通，目前国内71907轴承只有2个单列轴承串联使用，没有双列轴承。而且该增速箱轴承为无背帽定位结构，故无法实现71907轴承只有2个单列轴承串联使用。

3.3 采用滚针和满铺滚子轴承代替深沟球轴承

替代轴承参数如下表所示：

单列满装圆柱滚子轴承NCF3006CV参考转速在13000转/分（高速速轴工作转速4500转/分），滚针角接触球轴承NKIA 5907参考转速在9500转/分（低速轴工作转速2900转/分），转速符合要求。更具根据轴承寿命计算公式：

同一位置的轴承承载能力变化后其寿命变化关系为：

L1 ／ L2=(Cr1 ／ Cr2)3=（31．9/6．8）3=23=103 倍

理论上更换轴承后，增速箱轴承运行周期可由一至两个月延长到10年，符合我们更换轴承的要求。而且所选轴承内外径与原轴承一致，所以改造时，增速箱无需改动，只需在轴承安装位置以原轴径将轴沿轴向向内车一个轴承增加的宽度即可。

4 改造实施

比较三套改造方案，方案一需要对轴承箱经行加工改造，实施困难。方案二轴承获得困难，目前国内厂家无法提供此类轴承。而方案三在不改动轴承箱体的前提下，只需在轴承安装位置以原轴径将轴沿轴向向内车一个轴承增加的宽度即可，符合我们改造的前提。

我们综合考虑了三套改造方案实施的优缺点，最终确定以方案三为实施方案进行改造。改造前后图见图2、3、4、5。

图2 高速轴改造图

图3 低速轴改造图

图4 改造前增速箱内部结构概貌

图5 改造后增速箱内部结构概貌

2月13日完成增速箱改造，2月14日该泵试运正常。

5 结语

目前该泵已连续运行10个月，运行效果良好，我们将会对80万吨/年汽油加氢剩余三台同型号增速箱经行改造，彻底解决80万吨/年汽油加氢此类泵运行周期短、故障频发的问题，保证了装置安稳长运行。本文以增速箱轴承选型承载较差导致轴承寿命缩短为例，介绍了对同一位置轴承重新选型需要考虑的因素，提供改造经验和方法，希望能够给同类型机组的检修提供借鉴。

解释说明：

① 一批型号相同的轴承，在相同的运转条件下，其中90%在疲劳点蚀前能运转的总转数或在给定转速下所能运转的总工作时数（一百万转）。其可靠度为90%，以符号L10表示。