80萬噸/年汽油加氫P-4002A/B增速箱軸承故障分析及改造處理

曹東成，李黨生，徐露平

（中國石油獨山子石化分公司設備檢修公司煉油鉗工車間，新疆 獨山子 833699）

獨山子石化公司煉油廠80萬t/年汽油加氫裝置泵P-4002A/B設備型號為HXK300-S0 ，泵轉子轉速為4400r/min，電機轉速2930r/min，泵軸功率9．4kW，介質為常溫的脫鹽水，是由杭州大路實業有限公司制造，泵和電機之間帶一個增速箱，型號為TH100F采用一級增速。同類型設備在該裝置共有4臺1套。

1 故障現象

圖1 P-4002概貌圖

80萬t/年汽油加氫裝置P-4002（圖1）及同類型 三臺泵自投運后頻繁出現故障。從增速箱檢修動態統計表中可以看出，該泵增速箱最長運行周期為半年，最短運行周期為2～3個月。

每次拆檢故障現象表現為：

（1）拆檢前增速箱雜音和振動變大。

（2）每次拆檢后，都有軸承跑外圈跡象，表現為增速箱殼體與軸承配合處有不同程度的磨損，高速軸端尤為明顯。

（3）軸承內外圈均有磨損、點蝕現象，滾子鋼球磨損嚴重，已出現大小不一現象。

2 原因分析

2.1 軸承選型導致跑外圈情況發生

該泵增速箱高速軸采用深溝球16006軸承兩端支承，低速軸采用深溝球61907軸承兩端支承。兩組軸承寬度均較窄，16006軸承寬度為9mm，61907軸承寬度為10mm。由于兩組軸承內外圈壁均較薄，兩組軸承剛性較差，因此軸承在裝入增速箱殼體時緊力不能過大，如果緊力過大，將導致軸承變形，增速箱盤不動車（外圈變形，游隙變小）。由于安裝時增速箱殼體緊力較小（通常有0～0．01mm的間隙），軸承外圈較窄，與殼體接觸面積較小，接觸面間產生的摩擦力較小，在運行過程中高速軸即高負荷端軸承很容易產生軸承跑外圈故障。高速軸承跑外圈，磨損的鐵屑雜質通過油路進入低速軸承，影響低速軸承轉子運轉，導致低速軸承跑外圈。

所以每次檢修故障表現為軸承跑外圈，高速軸端尤為明顯。

2.2 軸承承載能力達不到要求，軸承壽命減小

在一定載荷作用下，軸承在出現點蝕前所經歷的轉數，或小時數，稱之為軸承壽命。理論上，軸承承載能力越強發生點蝕的時間就會越晚，軸承壽命就會越長。軸承的負荷P與壽命L之間的關系曲線如圖所示，其方程式為：

PεL10=常數

式中 P-當量動負荷（N）

L10-基本額定壽命（106 r）

ε-壽命系數，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。

由軸承的負荷P與壽命L之間的關系及曲線圖，我們可以知道軸承的壽命，即發生點蝕前運行的時間與負荷Pε成反比。壽命系數ε為常數，可近似認為負荷P與壽命L成反比。當承載能力不變時（同一軸承），負荷增大，軸承壽命變短。

從幾次拆檢情況看，每次運行2～3個月，遠沒有達到額定壽命，軸承內外圈就會發生點蝕，說明兩組軸承承載能力較差，或者說該增速箱選型軸承承載能力達不到要求，軸承使用壽命較短。

3 改造方案

根據拆檢情況及原因分析，我們提出對該增速箱軸承重新選型的建議，選型要求如下：

（1）軸承寬度增加，以增加軸承剛性及軸承外圈與殼體摩擦力，減少或消除軸承跑外圈的可能性。

（2）選用承載能力比現有軸承承載能力大的軸承，以提高軸承使用壽命。

按照以上兩點選型要求，我們通過與軸承廠家咨詢，歸納了以下三種改造方案。

3.1 建議廠家改進升級軸承結構，采用厚壁角接觸寬系列軸承代替

該泵增速箱高速軸端軸承采用16006軸承，外徑為55mm，內徑為30mm，寬度為9mm。低速軸端軸承采用61907軸承，內徑為35mm，外徑為55mm，厚度為10mm。建議該泵增速箱高速軸端軸承采用6206軸承，外徑為62mm，內徑為30mm，寬度為16mm，極限轉速為13000r/min，低速軸端采用6007軸承，外徑為62mm，內徑為35mm，厚度為14mm。采用這樣的軸承代替方案，軸承強度、剛度大大提高，由于該泵轉速為4200r/min，認為該方案完全可行。

該方案實施需將增速箱殼體直徑方向車削7mm后，將高速軸端、低速軸端軸承更換為6206、6007軸承，再將高軸承內圈配合軸軸肩車削7mm，低速軸內圈配合軸軸肩4mm。

該方案實施優點是軸承比較常見，易于取得。缺點是需要對增速箱殼體及高低速軸都要車削，改造量大，實現難度較高。

3.2 使用與現用軸承內徑外徑的雙列角接觸球軸承，代替現用深溝球軸承

雙列角接觸球軸承也就是通常所說的向心推力球軸承，其允許工作轉速與深溝球軸承相近，但是支承剛性比深溝球軸承更強，主要是因為該軸承可裝入較多的鋼球，其徑向承載能力比普通球軸承大，能承受較大的徑向負荷為主的徑向和軸向聯合負荷和力矩負荷。與單列軸承相比有更好的剛性，能承受傾覆力矩。

根據軸承壽命計算公式：

同一位置的軸承承載能力變化后其壽命變化關系為：

有效提高了軸承的使用壽命。

該方法改造簡單，只需要將高低速軸與軸承配合的軸肩車削進軸承寬度增加的量即可，轉子運行位置及殼體均未發生變化，增加使用壽命顯著。缺點是與軸承廠家溝通，目前國內71907軸承只有2個單列軸承串聯使用，沒有雙列軸承。而且該增速箱軸承為無背帽定位結構，故無法實現71907軸承只有2個單列軸承串聯使用。

3.3 采用滾針和滿鋪滾子軸承代替深溝球軸承

替代軸承參數如下表所示：

單列滿裝圓柱滾子軸承NCF3006CV參考轉速在13000轉/分（高速速軸工作轉速4500轉/分），滾針角接觸球軸承NKIA 5907參考轉速在9500轉/分（低速軸工作轉速2900轉/分），轉速符合要求。更具根據軸承壽命計算公式：

同一位置的軸承承載能力變化后其壽命變化關系為：

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

理論上更換軸承后，增速箱軸承運行周期可由一至兩個月延長到10年，符合我們更換軸承的要求。而且所選軸承內外徑與原軸承一致，所以改造時，增速箱無需改動，只需在軸承安裝位置以原軸徑將軸沿軸向向內車一個軸承增加的寬度即可。

4 改造實施

比較三套改造方案，方案一需要對軸承箱經行加工改造，實施困難。方案二軸承獲得困難，目前國內廠家無法提供此類軸承。而方案三在不改動軸承箱體的前提下，只需在軸承安裝位置以原軸徑將軸沿軸向向內車一個軸承增加的寬度即可，符合我們改造的前提。

我們綜合考慮了三套改造方案實施的優缺點，最終確定以方案三為實施方案進行改造。改造前后圖見圖2、3、4、5。

圖2 高速軸改造圖

圖3 低速軸改造圖

圖4 改造前增速箱內部結構概貌

圖5 改造后增速箱內部結構概貌

2月13日完成增速箱改造，2月14日該泵試運正常。

5 結語

目前該泵已連續運行10個月，運行效果良好，我們將會對80萬噸/年汽油加氫剩余三臺同型號增速箱經行改造，徹底解決80萬噸/年汽油加氫此類泵運行周期短、故障頻發的問題，保證了裝置安穩長運行。本文以增速箱軸承選型承載較差導致軸承壽命縮短為例，介紹了對同一位置軸承重新選型需要考慮的因素，提供改造經驗和方法，希望能夠給同類型機組的檢修提供借鑒。

解釋說明：

① 一批型號相同的軸承，在相同的運轉條件下，其中90%在疲勞點蝕前能運轉的總轉數或在給定轉速下所能運轉的總工作時數（一百萬轉）。其可靠度為90%，以符號L10表示。