軸流風機軸承失效分析及改進措施

高 謙 張海春 張 虎 馮圣福 張 海

獨山子石化設備檢修公司 新疆克拉瑪依市 833699

某化工廠某產能60 萬t/ a 裝置共有38 臺軸流式空冷風機，主要是對溶劑管線進行冷卻, 轉速為318r/ min。近年來，該裝置的風機故障頻發，在運行3個月左右時，軸承振動逐步上升，伴有異響，并且有風機搖擺現象，嚴重時甚至出現軸承滾珠脫落等現象。如不及時檢修，風機擺動過大時葉片可能碰磨風筒，存在極大的安全隱患。

軸流風機主要由葉輪、機殼、轉子、軸承等零部件組成，支架采用型鋼與機殼風筒連接，具體如圖1 所示。

圖1 風機軸承結構圖

1 故障現象

針對其中某臺風機在一年內的檢修統計如表1 所示。

表1 某臺風機檢修統計表

經過對風機的拆檢，發現故障大多出現在軸承部位。進一步對拆卸下的舊軸承進行拆解和檢查，發現軸承內的潤滑脂已經變成黑色油泥，有的甚至連油泥都沒有，完全都在干磨，如圖2 所示。

圖2 軸承內的油泥和干磨現象

2 故障原因分析

2.1 軸承內部進水

通過查閱資料了解到，該裝置風機設計的最高環境溫度為30℃，而夏天在太陽暴曬下環境溫度可以達到40℃以上，影響風機的正常運行。為了達到工藝需求的冷卻效果，生產車間采用在介質管線上方淋水的方法，但由于出水口在風機正上方，水流直接進入軸承內部，導致軸承內的潤滑脂發生變質，或被水沖走，軸承失去潤滑，最終導致故障頻發。

2.2 風機帶輪水平度超差

風機在運行過程中由于各種間隙的變化，以及皮帶輪安裝位置的不同，都會造成風機皮帶輪和電機皮帶輪的不水平度增加。當水平度超差達到一定程度時（圖3），會造成轉子的偏擺，從而導致軸承的磨損。

圖3 皮帶輪水平度相差較大

2.3 葉片角度過大或不一致

風機在運行過程中，由于葉片角度過大，反作用力增加，會導致軸承部位承受額外的附加力。同時，在葉片安裝過程中，由于風筒的安裝誤差和測量誤差，導致各葉片角度不一致，從而使交變載荷應力增加，加速軸承的磨損。除此之外，葉片緊固螺釘的松動，以及葉片表面的附著物，都可能破壞動平衡，使軸承磨損。

2.4 軸承間隙設計不合理

首先，如果軸承的軸向間隙不合理，軸承在工作狀態下，與軸肩存在間隙，軸承對軸的作用力主要集中在軸承的兩個頂絲上，使得軸承在運行過程中極不穩定。另外，如果軸承內圈與軸的配合間隙過大，使得軸在定位過程中容易產生偏斜，并且導致頂絲失效，使軸與軸承內圈產生位移（圖4），從而導致軸承與軸的磨損。

圖4 軸與軸承產生偏斜

2.5 新舊軸承加脂管線接頭不一致

風機原來設計有加脂管線，每3～6 個月為風機軸承加脂一次。通過現場確認發現，大部分加脂管線均沒有連接軸承。檢查發現，新舊軸承上的加脂管線接頭不一致，原有的加脂管線無法連接到新軸承上，導致軸承在安裝完成后沒有及時補充潤滑脂。

2.6 軸承固定螺絲松動

軸承固定螺栓的型號為M16，強度等級8.8，國家標準螺栓扭矩推薦表（表2）的推薦力矩為206N·m。查閱檢修記錄顯示，每次檢修都使用力矩扳手，按照連接螺栓的緊固力矩要求206N·m 進行緊固。

表2 螺栓扭矩推薦表

每次檢修均要檢查連接螺栓（軸承的緊固螺栓）是否松動。檢修過程中發現，上一次檢修緊固螺栓使用206N·m 的力矩，而在下一次檢修時使用同樣的力矩檢查發現可以轉動螺栓，說明螺栓在運行過程中發生了松動，風機支架振動較大，容易發生連接螺栓松動的現象，從而導致軸承振動超標。

2.7 軸承監測不到位

一方面，風機原有的儀表振動監測距離軸承位置較遠，設置在風機外殼上的探頭無法準確測出軸承運行情況；另一方面，風機平臺上噪音很大，使聽診器的使用受到限制，只能通過巡檢人員觀察風機皮帶輪的擺動情況判斷軸承是否完好，判斷方法比較單一，無法及時準確地發現軸承故障。

3 改進措施

3.1 增加防水蓋板

在軸肩上增加一個防水套，將軸承上方蓋住，并用頂絲固定在軸上，防止流水進入軸承內部（圖5）。材料采用聚四氟乙烯，因其質量較輕，可避免影響轉子動平衡。

圖5 防水套安裝圖與設計圖紙

3.2 調整帶輪水平度和軸承間隙

從風機結構圖可看出，上下軸承與軸肩以及飛輪軸向都留有余量（圖6），這樣做的優點是便于給風機在垂直方向的調節留出較大余量，缺點是整個風機的軸向力完全由軸承內圈上的兩個頂絲承擔。在風機檢修而電機不動的情況下，在檢修前首先要測量帶輪水平度，也就是檢查風機飛輪和電機的飛輪是否在同一水平面內。在拆卸前，用深度尺測量出風機飛輪到軸頭的距離A；然后拆卸葉片及相關附屬零件，接著松開上軸承座緊固螺栓和軸承內圈頂絲，在飛輪受力后再拆卸下軸承座。正常情況下，軸、飛輪和下軸承會一起向下脫離支架，在剩余部分拆除后還需要測量下軸承到軸肩的間隙值C，以及上軸承與軸肩的間隙B。

圖6 帶輪安裝結構圖

由于上下軸承與軸肩的間隙值B 和C 測量困難，存在測量誤差，導致軸在安裝過程中軸向位置產生變化，導致風機帶輪與電機帶輪不水平度增加。并且由于軸承的上下間隙容易導致軸偏斜，給帶輪找正帶來困難。為避免這一情況，特在軸肩部位增加調整環。首先將上部軸承裝在軸肩上，安裝后測量下部軸承與軸肩的距離D，根據D 值加工調整環，以此來消除軸肩與軸承的軸向間隙，保證軸在安裝過程中不會產生位移和偏斜（圖7）。此時，再重新調整帶輪的水平度，確定新的A 值，此值可作為下次檢修的安裝標準，這樣既可保證帶輪的水平度，又減少了測量次數，提高檢修效率。

圖7 軸承間隙調整前（a）后（b）的示意圖

3.3 調整葉片角度

在對葉片角度進行同步性檢查時，先旋轉葉輪，檢查葉片角度是否一致；再逐片活動葉片，看葉片是否有位移，如果偏差較大，要對輪轂進行調整。經現場測量，葉片角度誤差大于5°，超過葉片角度安裝標準的±5°，按照要求使用角度測量儀調整所有葉片，使其均在8°～12°標準范圍內，并保證葉尖與風筒間隙在4～12mm 范圍內。

3.4 更換轉換接頭，定期為軸承加脂

測繪、加工轉換接頭后，安裝轉換接頭和加脂管線。以軸承原加脂孔的尺寸為基準，確定轉換接頭與軸承連接處的尺寸為M6 的螺紋，加脂孔應盡量做大，以減少加脂過程中的阻力；受接頭外徑尺寸限制，與軸承連接處的加脂孔最大允許內徑為φ3mm；與管線連接的一側，以加脂油槍的接頭為基準，接頭尺寸確定為M10 的螺紋內徑，即φ7.6mm；將接頭安裝在軸承上，并連接加脂管線至風筒外側；安裝完畢后，制定風機加脂記錄，每3 個月為風機加脂一次，以此保障風機軸承的潤滑。

3.5 增加放松墊片

在軸承的連接螺栓上增加防松墊片，防止連接螺栓在運行過程中松動。要求防松墊片內徑φ16mm，外徑φ24mm，厚度4mm。

3.6 改造儀表探頭

建議生產車間對探頭進行改造，使探頭盡量靠近軸承部位，準確監測軸承運行狀況。

4 結論

通過對風機結構及故障的分析，確定造成風機短周期運行的原因，并采取以下改造措施：增加防雨裝置、軸向調整環、防松墊片；制作轉換接頭；改裝檢測探頭等。措施實施后，風機運行良好，大大延長了運行周期，消除了設備隱患，降低了企業維護成本，提高了經濟效益。