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一次风机轴承损坏原因分析及其预防措施

2019-06-24 10:25:29

1 设备概述


       某电厂锅炉B一次风机使用的是上海鼓风机厂生产的 2008/1060型单吸悬臂支承离心式风机,风机流量229 464 m 3 /h, 风机全压17 277 Pa,风机转速1 480 r/min。配套使用的电机 由湘潭电机厂生产,型号STMKK450-4L,电机功率1 400 k W, 电机电压6 000 V,额定电流183.4 A。
 


2 事件经过


       运行人员于2017年8月18日检查发现,锅炉B一次风机轴 承箱出现轻微异响,并对轴承各方向进行振动和温度监测, 测出轴承振动最高达10 μm,轴承温度为52 ℃,未发现其他 异常。考虑到设备振动和温度并无异常,暂时观察运行。 2017-08-20T06:00,该一 次 风 机 前 轴 承 温 度 为 53.4 ℃ ,后 轴 承温度为46.7 ℃,随后前轴承温度缓慢上升,此时机组负荷、 一次风机导叶开度和电流均未发生变化。07:26前轴承温度快 速上升并高达110 ℃,后轴承温度达50.7 ℃。运行值班人员 迅速降低锅炉负荷,同时降低该风机出力,停运该一次风机。


3 检查情况


     该风机出现故障停运后,检修人员随即开展抢修工作, 对锅炉B一次风机轴承箱进行解体。检查发现,风机前端轴承 在轴上卡死,未发现轴承有跑圈现象。轴承解体后外观可见 内外环严重剥落、滚珠体破裂,保持架出现磨损,同时前端轴 承座内发现较多从轴承上剥落下的金属,鳞片状、呈锐边,面 积较大且较厚,后端轴承除保持架有轻微磨损外,未发现其 他异常。将前端轴承破裂的滚珠体送金属检验组做光谱检测 分析,只是判断该滚珠体材料为GCr15,并未得出辅助分析滚 珠体损坏原因的有效结论。轴承箱解体后,发现润滑油(46号 抗体磨液压油)外观呈炭灰色,油中含有大量铜粉和金属屑。 油样化验水分和黏度均合格,油样颜色呈炭灰色可能是高温 碳化所致。


4 原因分析


    (1)2015年11月,该风机大修时更换了前、后轴承,设备 运行至2017年7月底,温度及振动均保持在正常范围。该风机 故障前,最后一次振动频谱采集为2017年7月27日。此前该风 机前端轴承振动频谱各频率成分基本正常,且各频率幅值均 无明显上升趋势。值得一提的是,该风机自大修以来,风机前 轴承振动频谱中存在后轴承外环故障频率(115.9 Hz)及其谐 波频率。但是该频率幅值较低,且peakvue波形峰值也很低,即 使轴承外环有故障,也是早期故障,因此风机轴承解体后只 发现前端轴承损坏,后端轴承除保持架有轻微磨损外从外观 上并未发现有其他异常。

   (2)由于8月份尚未开始进行系统的振动频谱采集,故未能采集到故障前的振动频谱。考虑到正 常的轴承故障发展一般会经历四个阶段,且持续时间会比较 长,而该轴承从7月27日至8月20日短短二十几天就出现严重 损坏的现象,并非是正常的轴承磨损发展过程。

  (3)将该风机 轴承箱的润滑油送化验班进行化验,油中水分和黏度均合 格,而油样颜色呈炭灰色可能为高温碳化所致,至于油中所 含大量金属屑和铜粉则是由于前端轴承严重磨损所致。初步 可以排除润滑油本身的问题。

  (4)风机前端轴承温度异常上 升的过程中,机组负荷稳定、风机导叶开度和电流均未变化, 说明轴承损坏跟运行工况无直接关系,轴承并未承受过大的 冲击负荷。
 
 (5)初步分析认为前端轴承故障主要是8月份才 开始发展,至8月20日凌晨内圈滚道首先出现疲劳剥落现象, 轴承出现异常响声。随着滚珠不断和滚道的脱皮区域接触, 造成所有的滚珠均存在大小不均的凹坑和磨痕,进一步导致 外环出现剥落和凹坑,此时轴承温度出现明显上升,轴承受 热膨胀,游隙减小,摩擦接触面变大,摩擦产生的热量增加, 导致轴承温度进一步上升,游隙进而消失。游隙消失后,滚珠 体丧失了滚动能力,滚珠产生滑移,致使部分滚珠碎裂,同时 因摩擦产生的热量剧增,使滚动轴承温度急剧上升,最终轴 承抱死。此外润滑油发生炭化、润滑条件恶化也同样增大了 滚珠体滑移的摩擦系数,进一步导致了轴承温度上升。

 (6)综 合分析该锅炉B一次风机前端轴承损坏主要是由于轴承出 现疲劳磨损失效所致。认为该轴承可能存在制造工艺问题, 可能为热处理不当。

  (7)此外,针对该厂锅炉一次风机曾反复 出现多次轴承损坏的问题,咨询该风机厂家并分析反馈,经 生产设计部门进行反复核算,轴承设计不存在缺陷,从所提 供的资料判断滚珠与滚道是由于疲劳失效产生脱皮剥落,这 种现象通常是轴承质量问题造成的,因此有必要对轴承质量 进行确认。设计部门建议如果改造电机侧可以采用配对 7232BC3M轴承。


5 暴露问题


   (1)轴承质量验收专业性不够,没有对新轴承的材质及 硬度等性能进行检测,轴承运行才一年半,轴承即出现严重 损坏,离设计寿命相差太远。
   (2)对重要辅机润滑油的监督力 度不够,一次风机轴承润滑油未列入定期取样化验项目,不 能有效监测轴承的磨损情况。
   (3)各部门之间信息沟通不畅, 发现异常情况后未能及时向其他部门反馈交流,致使未能有 效判断轴承故障的严重程度。


6 纠正及预防措施



6.1 严把采购验收关
        在风机轴承采购过程中,采购人员要严格按照规定要求进行采购,尽量选择大品牌、可靠性强 的轴承,在保证轴承质量与使用寿命的前提条件下,再考虑 经济性,以有效降低风机轴承的故障发生率,保证轴承的正 常运行,从而保障电厂运转的正常进行。

6.2 重视风机轴承的运行维护与管理
     
风机轴承的运行情况与使用寿命深受温度因素的影响, 工作人员要重视风机轴承运行过程中的冷却工作,以有效控 制风机轴承运行过程中温度的上升幅度,尤其是夏季高温天 气时,可临时安装冷却风扇,避免电机热风直吹轴承,导致风 机轴承温度明显上升,加重风机轴承的受损程度。如果经济 条件允许的话,电机风冷器可换成水冷器,或者是将水冷降 温装置直接安装于轴承座上。在风机轴承正常运转的过程 中,需加强重要辅机的润滑油监测,将此类重要设备的润滑 油列入定期取样化验项目,重点化验在用油的水分、黏度以 及颗粒度等指标。而不同的季节,风机轴承运转时润滑油的 补充间隔天数均不相同,例如:冬天时,风机轴承正常运行 20 d后,工作人员需严 格按 照 规 定要 求 进行润 滑 油 的补 充 ; 夏天时,风机轴承正常运转10 d后,工作人员需按规定补充润 滑油。而在风机轴承运行过程中,一旦出现温度异常或者是 微小振动等情况时,工作人员需给予重视,并针对上述异常 情况进行详细分析,以明确导致异常状况的原因,制定有效 的解决措施,避免风机轴承受到更大的损伤。

6.3 重视日常巡查,以保证风机轴承的正常运行
     
在风机轴承运行的日常巡视过程中,工作人员需注意提 高风机轴承运行的巡检质量,并详细记录风机轴承日常运行 的数据资料。例如:检修班组每天均需在固定时间进行巡检, 每次巡检时需记录相关数据,如振动、温度等。对于此类重要 设备应缩短精密点检周期,由原来的每月1次缩短为每月2 次,通过缩短重要设备的检修周期来保障重要设备的正常运 行,一旦发现重要设备运行中存在异常情况,需立即上报,并迅速采取应急措施进行处理,以有效降低重要设备异常情况 造成的不良影响,缩短重要设备的停运时间。

6.4 加强转动设备的检修质量验收
      
对于各转动机械数据一定要在规定范围内,防止因轴承 检修安装配合间隙调整不当,联轴器中心不正等引起的振动 过大;安装轴承时禁止暴力敲打轴承,防止损坏轴承。工作人 员需想方设法降低高压变频器电源产生的影响,针对高压变 频器的输入电缆与输出电缆可通过屏蔽层两端接地、屏蔽电 缆等措施进行有效控制,从而有效降低由电机向大地流入的 高次谐波电流量,大大减少风机轴承所承担的电流量,以此 有效降低风机轴承受到的损伤。

6.5 更换轴承

      经查询FAG轴承手册,该一次风机原设计轴承FAG 6232 动载荷为200 k N,静载荷为204 k N,而FAG 7232轴承的动载 荷为236 k N,静载荷为280 k N,均大于原设计轴承载荷,因此 如果一次风机轴承再出现异常,建议将风机电机侧轴承更换 为7232BC3M轴承。


7 结语


     本文对某电厂锅炉B一次风机轴承出现的问题进行了分 析,同时对其他辅机设备进行了类似整改,建立了规范的监 测系统和巡检制度,目前已有效解决了一次风机及其他转机 轴承故障频发的问题。


 


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