轴流风机轴承失效分析及改进措施

2021-07-22张海春冯圣福

石油化工建设 2021年2期

高谦张海春张虎冯圣福张海

独山子石化设备检修公司新疆克拉玛依市 833699

某化工厂某产能60 万t/ a 装置共有38 台轴流式空冷风机，主要是对溶剂管线进行冷却, 转速为318r/ min。近年来，该装置的风机故障频发，在运行3个月左右时，轴承振动逐步上升，伴有异响，并且有风机摇摆现象，严重时甚至出现轴承滚珠脱落等现象。如不及时检修，风机摆动过大时叶片可能碰磨风筒，存在极大的安全隐患。

轴流风机主要由叶轮、机壳、转子、轴承等零部件组成，支架采用型钢与机壳风筒连接，具体如图1 所示。

图1 风机轴承结构图

1 故障现象

针对其中某台风机在一年内的检修统计如表1 所示。

表1 某台风机检修统计表

经过对风机的拆检，发现故障大多出现在轴承部位。进一步对拆卸下的旧轴承进行拆解和检查，发现轴承内的润滑脂已经变成黑色油泥，有的甚至连油泥都没有，完全都在干磨，如图2 所示。

图2 轴承内的油泥和干磨现象

2 故障原因分析

2.1 轴承内部进水

通过查阅资料了解到，该装置风机设计的最高环境温度为30℃，而夏天在太阳暴晒下环境温度可以达到40℃以上，影响风机的正常运行。为了达到工艺需求的冷却效果，生产车间采用在介质管线上方淋水的方法，但由于出水口在风机正上方，水流直接进入轴承内部，导致轴承内的润滑脂发生变质，或被水冲走，轴承失去润滑，最终导致故障频发。

2.2 风机带轮水平度超差

风机在运行过程中由于各种间隙的变化，以及皮带轮安装位置的不同，都会造成风机皮带轮和电机皮带轮的不水平度增加。当水平度超差达到一定程度时（图3），会造成转子的偏摆，从而导致轴承的磨损。

图3 皮带轮水平度相差较大

2.3 叶片角度过大或不一致

风机在运行过程中，由于叶片角度过大，反作用力增加，会导致轴承部位承受额外的附加力。同时，在叶片安装过程中，由于风筒的安装误差和测量误差，导致各叶片角度不一致，从而使交变载荷应力增加，加速轴承的磨损。除此之外，叶片紧固螺钉的松动，以及叶片表面的附着物，都可能破坏动平衡，使轴承磨损。

2.4 轴承间隙设计不合理

首先，如果轴承的轴向间隙不合理，轴承在工作状态下，与轴肩存在间隙，轴承对轴的作用力主要集中在轴承的两个顶丝上，使得轴承在运行过程中极不稳定。另外，如果轴承内圈与轴的配合间隙过大，使得轴在定位过程中容易产生偏斜，并且导致顶丝失效，使轴与轴承内圈产生位移（图4），从而导致轴承与轴的磨损。

图4 轴与轴承产生偏斜

2.5 新旧轴承加脂管线接头不一致

风机原来设计有加脂管线，每3～6 个月为风机轴承加脂一次。通过现场确认发现，大部分加脂管线均没有连接轴承。检查发现，新旧轴承上的加脂管线接头不一致，原有的加脂管线无法连接到新轴承上，导致轴承在安装完成后没有及时补充润滑脂。

2.6 轴承固定螺丝松动

轴承固定螺栓的型号为M16，强度等级8.8，国家标准螺栓扭矩推荐表（表2）的推荐力矩为206N·m。查阅检修记录显示，每次检修都使用力矩扳手，按照连接螺栓的紧固力矩要求206N·m 进行紧固。

表2 螺栓扭矩推荐表

每次检修均要检查连接螺栓（轴承的紧固螺栓）是否松动。检修过程中发现，上一次检修紧固螺栓使用206N·m 的力矩，而在下一次检修时使用同样的力矩检查发现可以转动螺栓，说明螺栓在运行过程中发生了松动，风机支架振动较大，容易发生连接螺栓松动的现象，从而导致轴承振动超标。

2.7 轴承监测不到位

一方面，风机原有的仪表振动监测距离轴承位置较远，设置在风机外壳上的探头无法准确测出轴承运行情况；另一方面，风机平台上噪音很大，使听诊器的使用受到限制，只能通过巡检人员观察风机皮带轮的摆动情况判断轴承是否完好，判断方法比较单一，无法及时准确地发现轴承故障。

3 改进措施

3.1 增加防水盖板

在轴肩上增加一个防水套，将轴承上方盖住，并用顶丝固定在轴上，防止流水进入轴承内部（图5）。材料采用聚四氟乙烯，因其质量较轻，可避免影响转子动平衡。

图5 防水套安装图与设计图纸

3.2 调整带轮水平度和轴承间隙

从风机结构图可看出，上下轴承与轴肩以及飞轮轴向都留有余量（图6），这样做的优点是便于给风机在垂直方向的调节留出较大余量，缺点是整个风机的轴向力完全由轴承内圈上的两个顶丝承担。在风机检修而电机不动的情况下，在检修前首先要测量带轮水平度，也就是检查风机飞轮和电机的飞轮是否在同一水平面内。在拆卸前，用深度尺测量出风机飞轮到轴头的距离A；然后拆卸叶片及相关附属零件，接着松开上轴承座紧固螺栓和轴承内圈顶丝，在飞轮受力后再拆卸下轴承座。正常情况下，轴、飞轮和下轴承会一起向下脱离支架，在剩余部分拆除后还需要测量下轴承到轴肩的间隙值C，以及上轴承与轴肩的间隙B。

图6 带轮安装结构图

由于上下轴承与轴肩的间隙值B 和C 测量困难，存在测量误差，导致轴在安装过程中轴向位置产生变化，导致风机带轮与电机带轮不水平度增加。并且由于轴承的上下间隙容易导致轴偏斜，给带轮找正带来困难。为避免这一情况，特在轴肩部位增加调整环。首先将上部轴承装在轴肩上，安装后测量下部轴承与轴肩的距离D，根据D 值加工调整环，以此来消除轴肩与轴承的轴向间隙，保证轴在安装过程中不会产生位移和偏斜（图7）。此时，再重新调整带轮的水平度，确定新的A 值，此值可作为下次检修的安装标准，这样既可保证带轮的水平度，又减少了测量次数，提高检修效率。

图7 轴承间隙调整前（a）后（b）的示意图

3.3 调整叶片角度

在对叶片角度进行同步性检查时，先旋转叶轮，检查叶片角度是否一致；再逐片活动叶片，看叶片是否有位移，如果偏差较大，要对轮毂进行调整。经现场测量，叶片角度误差大于5°，超过叶片角度安装标准的±5°，按照要求使用角度测量仪调整所有叶片，使其均在8°～12°标准范围内，并保证叶尖与风筒间隙在4～12mm 范围内。

3.4 更换转换接头，定期为轴承加脂

测绘、加工转换接头后，安装转换接头和加脂管线。以轴承原加脂孔的尺寸为基准，确定转换接头与轴承连接处的尺寸为M6 的螺纹，加脂孔应尽量做大，以减少加脂过程中的阻力；受接头外径尺寸限制，与轴承连接处的加脂孔最大允许内径为φ3mm；与管线连接的一侧，以加脂油枪的接头为基准，接头尺寸确定为M10 的螺纹内径，即φ7.6mm；将接头安装在轴承上，并连接加脂管线至风筒外侧；安装完毕后，制定风机加脂记录，每3 个月为风机加脂一次，以此保障风机轴承的润滑。