HSZ500碎煤機軸承抱軸的原因分析及處理措施

賈光華

(河北華電石家莊熱電有限公司，河北 石家莊 050041)

0 引言

環式碎煤機是火電廠輸煤系統中重要的輔機設備，它擔當著燃煤的破碎加工任務。環式碎煤機具有結構簡單、功耗比低、粉塵小、運行平穩、噪聲低等優點[1]。在碎煤機運行中，由于維修不當、保護裝置失靈、巡檢不到位，致使一些早期設備缺陷如軸承的溫度、振動、聲音、氣味異常等不能被及時發現，導致缺陷擴大，造成軸承損壞、軸損壞甚至轉子報廢的嚴重設備損壞事故。由于此類設備故障修復工作量大、時間較長，運行設備失去備用設備，給安全生產造成被動局面。

1 問題的提出

1.1 設備概況

HSZ500型環式碎煤機主要技術規范如下。

出力：500 t/h

轉子直徑：1 370 mm

轉子工作長度：1 586 mm

轉子軸承：22 238 CC/W33

轉速：595 r/min

環錘數量：30個

環錘排數：4排

聯軸器：YOX1000型液力偶合器

1.2 設備損壞情況

2019年1月8日，某電廠一臺HSZ500型環式碎煤機運行中，非驅動端軸承座著火。維修人員對著火的軸承座進行解體檢查發現：雙列調心滾子軸承內側一列保持架斷裂損壞，滾動體部分錯位打橫，且磨出平面，變色發藍。外側一列保持架、滾動體完整，整體變色發藍。軸承內圈、絕大部分滾動體及外圈的局部內表面變色發藍，軸承內圈外表面存在明顯的滾動體凹坑狀壓痕。 軸頭、鎖母發藍，鎖母止退撥墊內齒斷裂，鎖母松脫約15 mm。軸承內圈用加熱法取不下來，用氣割剝離軸承內圈，發現軸頸上布滿了螺紋樣溝槽，軸承內圈與軸抱死，碎煤機轉子軸頸已嚴重損傷。軸承、軸損壞情況見圖1-圖5。

2 原因分析

2.1 潤滑不當

潤滑具有控制摩擦、減少磨損、降溫冷卻、防止摩擦面銹蝕的作用。軸承潤滑的油質、油量若不能滿足使用要求，則軸承運動表面的油膜保護功能被削弱，運動表面之間趨于干摩擦, 隨著運動時間的持續，溫度不斷升高，導致運動表面損傷[2]。碎煤機非驅動端軸承座解體檢查前，發現軸承座兩側端蓋均流出熔化的潤滑油(見圖6、圖7)，但軸承外側流出的油量比內側明顯少得多。解體軸承座后，發現軸承外側一列滾動體、保持架完整無損，燒得變色，基本無殘留油脂的痕跡，至少有連續3個滾動體有明顯的銹跡(見圖3)；軸承內側一列滾動體有明顯殘留油脂的痕跡，未見銹跡(見圖8)。這些跡象表明非驅動端軸承外側一列滾動體潤滑不當。

碎煤機轉子承受較重沖擊負荷，軸承運轉時摩擦發熱，由于潤滑不當，使軸承溫升過大，內圈的溫度高于與其配合的軸頸溫度，加之軸承內圈(軸承鋼)的熱膨脹系數比軸(45號鋼)的熱膨脹系數高，而且內圈的體積比軸頸的體積小得多，軸承內圈因熱膨脹而與軸頸的配合松動，原過盈配合面出現小幅的相對運動。在軸頸與軸承內圈接觸面的壓力作用下，結合表面上的微凸體就會產生塑性變形。當變形量足夠大時，發生金屬粘連現象。在碎煤機振動的反復作用下，一直重復著金屬粘連、剪切、脫落的過程。由于軸頸的硬度低于軸承內圈的硬度，軸承內圈與軸頸配合相對較緊，磨屑排不出去，從而軸頸被磨出螺紋樣溝槽。隨著溫度的升高，最終造成內圈與軸頸咬焊在一起，軸承與軸頸抱死，不僅軸承損壞而且軸頸也嚴重損傷[2]。在軸與內圈相對轉動時，軸承鎖母止退撥墊內齒被切斷，引起鎖母逐漸松開。由于軸承內圈與軸相對轉動干摩擦，溫度極高(外觀已發藍)，產生軟化、塑性變形，被滾動體壓出凹坑。

2.2 軸承與軸承座裝配不當

非驅動端軸承作為游動支撐端，軸承座孔與軸承外圈應為間隙配合，非驅動端軸承外圈與兩側端蓋止口應各預留5～10 mm間隙，用于抵消轉子軸向位移。如果非驅動端軸承外圈只有一側與端蓋止口留有間隙，轉子運行中軸向伸縮量不能抵消，軸承受到較大軸向力[3]。經查閱設備檢修記錄與現場檢查，發現碎煤機非驅動端軸承外圈一側與軸承座通蓋止口無間隙，另一側與軸承座悶蓋止口有8 mm間隙，軸承座與軸承外圈有0.01～0.03 mm過盈配合，裝配不當。

非驅動端軸承裝配不當，在工況正常、潤滑良好、溫升不大的情況下，軸承、軸的漲縮可忽略不計，因此日常運行中也未見明顯異常現象。但在潤滑不良、軸承溫升過高的情況下，軸承尺寸脹大，其結果是滾動體滾動受阻，加劇溫度升高，軸承、軸受熱應力膨脹。因裝配時軸承座孔與軸承外圈為過盈配合，加之軸承熱膨脹量大于軸承座孔的熱膨脹量，因此軸承座孔與軸承外圈的配合變為更大的過盈配合，軸承外圈與軸承座悶蓋止口雖有8 mm間隙，軸承在軸承座孔內不可能實現軸向位移，但能實現向間隙側局部膨脹變形。而軸承外圈另一側與軸承座通蓋止口無間隙，軸承、軸高溫膨脹，當產生的軸向力足夠大時，軸承由雙列滾子承載變為單列承載。此時軸承內圈與外圈在軸向力作用下發生軸向錯位，在內圈和外圈對單列承載的球面滾子軸向擠壓作用下，軸承滾子一端與轉動的內圈滾道摩擦，另一端與不動的外圈滾道摩擦，在內圈轉動的作用力下，該列滾子發生打橫，導致保持架損壞，軸承損壞[4]。

2.3 監測保護裝置故障

碎煤機安裝了現場軸承溫度、振動監測保護裝置，監測裝置的現場控制箱顯示溫度、振動值，但在軸承溫度、振動異常超標時，該現場監測保護裝置故障，未能實現保護停機功能，導致碎煤機持續帶病運行，最終造成碎煤機非驅動端軸承、軸嚴重損壞。

2.4 運行值班人員巡檢不到位

運行值班人員巡檢的主要職責就是及時發現設備運行中出現的異常溫度、振動、電流、流量、聲音、氣味等現象，并采取相應措施，防止事態擴大。軸承潤滑不良，溫度勢必異常升高；高溫狀態下，潤滑脂熔化、外溢勢必有濃烈的焦糊氣味；軸承損壞勢必有異常聲音、振動；軸承溫度繼續升高至潤滑脂燃點，著火燃燒。任何設備缺陷都有其發生、發展的過程，運行值班室就設在碎煤機室現場，但運行值班人員直至碎煤機軸承著火后才發現問題，結果是不僅軸承損壞，軸頸也損壞，設備維修成本更高。

3 軸承抱軸的處理措施

鑒于碎煤機轉子非驅動端軸頸已嚴重損傷，決定采用補焊軸頸、機加工修復轉子軸頸的方案(見圖9)。將碎煤機轉子拆下，卸掉全部環錘、環軸，運至機加工廠，拆卸轉子的液力偶合器，用車床將抱軸的軸承內套、軸頸上的溝槽去掉，用J507焊條堆焊軸頸，通過機加工修復軸頸，徑向圓跳動控制在0.05 mm以內。轉子驅動端軸承雖未見明顯損壞，本次同非驅動端軸承一起更換。用油浴法將軸承加熱至80～100 ℃，裝入主軸軸承位置，并用止退撥墊、鎖母軸向壓緊軸承內圈，軸承應轉動靈活，測量徑向游隙均勻，符合公差要求。安裝液力偶合器，轉子運回電廠回裝。軸承添加3號鋰基潤滑脂，調整非驅動端軸承座，使軸承外圈與兩側端蓋止口各預留5 mm間隙。用直尺檢查軸承內圈、外圈端面應在同一平面內，防止歪斜偏載。非驅動端軸承座孔與軸承外圈采用間隙配合。轉動轉子，用磁力百分表測量軸承附近的主軸外圓，驅動端跳動0.03 mm，非驅動端跳動0.05 mm。按照原來環錘排列方式回裝環錘、環軸等，電動機找正，誤差小于0.15 mm。

碎煤機修復結束后試運行，運行平穩，軸承座基本聽不到聲音，觀察不到振動，以致誤以為未啟動。測量軸承座垂直、水平振幅均在0.03 mm以下。空載試運行結束后，帶負載運行正常。

4 結語

設備運行中出現異常的溫度、振動、聲音、氣味等現象，都有其發生、發展的過程，早發現則早解決問題，也易解決問題；晚發現則設備帶病運行直至損壞甚至報廢，解決問題的成本也更高。任何保護裝置都有誤動、拒動的可能，人是設備安全運行的最后一道防線，因此設備運行中日常巡檢對設備安全經濟運行至關重要。環式碎煤機是火電廠輸煤系統中重要的輔機設備，除按工藝要求做好設備檢修維護、監測保護裝置試驗外，必須做好設備運行中日常巡檢與設備精密點檢工作，以指導設備維修，從而將設備故障消除在萌芽狀態，提高設備的安全可靠性。