0、引言
秦皇島發電有限責任公司（下稱秦電）大型
離心風機曾多次發生主軸磨損故障，致使
風機振動加劇，無法維持穩定運行，被迫停運檢修，處理困難且所需時間較長，嚴重威脅機組的穩定運行。1999年至今先后10臺次處理軸頸，其中6次在機組運行時被迫停運風機檢修處理，直接影響機組的穩定運行。本文主要針對此類故障進行深入分析并介紹了采取的有效防范措施。
1、故障案例
案例-:2005年5月，2號爐2號一次風機振動增大到o．2 mm，停運解體，發現承力側軸承內圈轉套，緊定套鎖緊螺母松動，雖因搶修沒有拆下軸承進行軸頸測量，但判斷軸頸已有磨損。
案例二：2002年，1號爐號1號一次風機推力側軸頸磨損0-10～0. 15 mm，先后3次因振動超標無法維持運行而退出運行檢修，于當年9月小修進行補焊加工修復。
案例三：2004年7月，3號爐B-次風機推力側軸頸磨損0. 05～0.15 mm，先后3次因振動超標無法維持運行而退出運行檢修，于2005年1月份小修時進行補焊加工修復。
案例四：2005年1月3號爐小修時檢查發現A一次風機推力側軸頸磨損0. 07～0.13 mm，進行刷鍍修復處理。
案例五：2004年10月2號爐小修時檢查發現1號引風機推力側軸頸磨損，磨損量為0. 20～0. 29 mm，進行刷鍍修復處理。
從以上案例可以看出，離心風機主軸磨損已嚴重影響秦電機組安全運行。
2、故障分析
主軸磨損的主要原因是軸承內圈與主軸軸頸的配合緊力不夠，內圈與主軸的配合緊力小于運行時滾動體與內外套的摩擦力，導致軸承內套與主軸配合處產生相對運動。造成此類磨損的因素很多，主要有裝配工藝中的配合偏差、軸承裝配的工藝方法、聯軸器兩端面間隙偏差及對中偏差、運行方式等。
2.1裝配工藝中的配合偏差
在軸承的配合上，重要的是給予承受負荷旋轉的套圈合適的過盈量。配合面之間的過盈量在裝配后和工作中是變化的，由于內圈滾道受載弧面上的切向變形和熱張變形使得內圈變大，因而導致內圈和軸之間的過盈量減小，內圈與軸的配合變松，而外圈的張大則使外圈與外殼孔之間的過盈量加大。因此，在選擇配合時一般應將內圈與軸的配合選得較緊一些，外圈與孔的配合選得較松一些。以運轉中軸承溫升說明，如軸承內部溫度和外殼周圍溫度的溫差為A℃，運行中內圈與軸溫差引起配合量的減少導致跑套，一般此溫差引起配合過盈量減少值由下面公式計算：
由此可以看出，軸承內圈溫度超過環境溫度50℃時軸承內圈的配合緊力即會消失而引發轉套。
同時，配合面加工的凸凹點，由于裝配作業時壓損，有效過盈量比目標過盈量減小，一般因加工精度而異。30～150 mm左右的軸承的有效過盈量約為目標過盈量的95%。如果存在配合偏差，以上因素均可導致無法滿足裝配要求，引發主軸磨損及轉套現象。
主軸與軸承配合有其設計標準，配合緊力過大會導致軸承游隙減小且套圈變形，運行時軸承發熱，噪音增大，外圈轉動。配合緊力過小會因緊力不足造成內圈轉動。以一期一次風機的軸承裝配為例，一期一次風機軸承定位是靠緊定套結構將軸承固定在軸上，如圖1所示。
軸承結構為錐孔雙列調心滾子軸承，用緊定套安裝在圓柱軸上，靠鎖母敲緊將緊定套與軸承定位在軸上。根據軸承手冊，其配合緊力的大小是靠軸承緊固后的游隙變動量來確定。根據軸承公稱內徑范圍，軸承的軸向方向壓入量應為0.75～0.9 mm，徑向游隙的減少量應為0.05～0.06mm，按照軸承的標準游隙0.17～0.22 mm計算，軸承裝配后的軸承游隙值應為0.11～0.17 mm。且此測量值應在主軸頂起狀態下，即避免因轉子自重外圈變形導致測量偏差。但在實際裝配中，往往對裝配標準不清楚或對測量細節不認真，導致配合緊力不夠，加之軸承運行中的內外溫差因素，引發運行中軸承轉套、主軸磨損故障。
軸承的定位精度是杜絕配合偏差的可靠保證。因此，在裝配前，要準確測量各部配合尺寸，滿足尺寸精度、形位公差及表面粗糙度配合要求。裝配中對主軸的圓度、圓柱度和軸肩跳動均有公差標準，與O級精度軸承相配的軸的圓度公差為IT4/2，圓柱度公差為IT4/2，擋肩跳動公差為IT3，配合表面光潔度應達到6.3 S，尺寸公差應比形位公差低一個精度等級即IT4。其中配合處所有測量工作應以環境溫度為20℃情況下測量為宜。考慮現場環境的不定性，配合尺寸應在現場相同環境溫度下測量，確保配合尺寸數據的準確性。如果上述的裝配尺寸保證不了，必然影響到裝配緊力，比如安裝部分的擋肩如果精度不好，就會導致軸承內外圈傾斜。3號爐B-次風機推力側軸頸磨損后，在主軸圓周方向焊接焊道并手工修磨至配合尺寸，運行后又發生內圈轉套、焊道磨損現象，主要原因即配合精度與要求的標準精度相差較大。
2.2軸承裝配的工藝方法
大型風機軸承裝配一般采用熱裝法，現場裝配時用油或軸承加熱器將軸承加熱至100℃左右，將軸承套裝至軸上，安裝后馬上用鎖母緊固，并用塞尺測量軸承與軸肩是否有間隙。存在間隙說明軸承未裝配到位，不能投入正常使用，因軸承加熱后不僅在徑向膨張。在軸向方向也有膨張。以3640軸承為例，其軸向寬度為138 mm，與加熱溫差100℃比較，其軸向膨張量由公式(△L—La△t)可以算出為0.165 mm。因此必須在軸承冷卻后進行再緊固，以確保軸承的軸向緊力。引風機因通流介質溫度較高，軸漲位移較大，如果軸向緊固力不足，易引發風機運行時軸承轉套。
2.3聯軸器兩端面間隙偏差及對中偏差
聯軸器的精確找正，可以保證轉子的運轉平穩、不振動。否則，將使軸和聯軸器產生很大的應力，嚴重地影響軸、軸承的正常運轉，因此聯軸器的精確校正是檢修裝配中的一個重要環節。
秦電在裝運行的大型離心風機聯軸器型式有以下3種：一期送風機彈性圈柱銷聯軸器，一期引風機為尼龍柱銷式聯軸器，一、二期一次風機為剛撓性聯軸器。
由圖2顯示，送風機彈性圈柱銷聯軸器，只要保證銷孔與彈性圈之間留有一定的間隙(O，5～2mm)，使兩聯軸器之間能沿圓周方向活動，該聯軸器能夠很好地消除機、電聯接的軸向力。由圖3顯示，一次風機聯軸器因軸向、徑向偏差產生的軸向力通過簧片直接傳遞到軸承部。
由圖4可以看出，當引風機兩對輪間隙超過給定值時，便產生了軸向力。其軸向力在運行中始終存在，電機軸瓦軸向允許移動量大，不受聯軸器影響，風機承力側軸承為自由軸承，可以自由伸縮，受軸向力影響較小。而風機推力側軸承為風機的定位軸承，推力間隙一般為0.20～0. 40 mm，允許位移的變動量很小，如果聯軸器間隙不當，由聯軸器產生的軸向力在運行當中一直存在，推力軸承一直受交變軸向力作用，極易引發軸承轉套。由上述案例看出，5臺故障風機，其中4臺為推力側主軸磨損。例如2號爐l號引風機聯軸器正確連接的磁力中小位置為150 mm左右，而實際的連接尺寸為155 mm。
2.4運行方式的影響
離心風機一般為人口擋板截流調節，風機應盡量避開不穩定運行工況區。風機運行時，因進出口存在壓差，必然存在一定的軸向負荷。風機均有消除或減小軸向力的設計，如一期引風機即為雙吸風機，但由于兩側進風不均尤其在擋板開度過小時，擋板開度處在入口氣流渦流區域劇烈振動，曾多次導致擋板軸斷裂。此運行工況對風機軸向載荷影響最大，如負荷調峰期不進行高低速倒運，單純的用入口檔板小流量截流調節導致風機軸向振動增加，會對軸承造成沖擊而誘發轉套，不利于風機的運行。單吸風機在并聯運行工況不一致時，會因風量及風壓的不一致導致單臺風機運行工況惡化，軸向負荷加大。例如2004年5月13日9：00，1號爐1號一次風機推力側軸承溫度65℃，準備安裝冷卻風機冷卻。9:20安裝冷卻風機過程中，發現風機入口擋板全關，就地檢查測量軸承溫度60℃（畫面顯示68℃）且逐漸上升，準備換油；10:00就地溫度達到69℃（畫面顯示78℃）時換油，溫度降至就地65℃（畫面74℃）；10:40左右溫度繼續上漲，正在進行第二次換油過程中，軸承溫度已超過80℃，且溫升加劇，風機停運。環境溫度升高，致使風機軸承溫度有所提高，屬正常現象。但在處理過程中關閉該風機人口擋板，兩臺風機運行工況不一致，致使該風機軸向負荷急劇增加，運行不穩，軸承承受軸向負荷過大導致溫升劇烈增加。以上兩種運行方式是在運行期間誘發軸承轉套的主要問題。
3、預防措施
根據以上的原因分析，在預防軸承轉套的措施上，首先要在安裝中杜絕各部件配合的裝配尺寸偏差，保證配合公差滿足標準要求，對于各相配零件的尺寸精度、形位公差及表面光潔度應滿足裝配標準，不符合標準的應進行加工修復。在裝配工藝上，應杜絕不正確的軸承裝配方法，保證軸承定位的軸向緊力。對于聯軸器的校正安裝，應確定安裝的磁力中心位置，消除軸向力達到最佳的運行狀態。
其次，應根據軸承運轉中的油脂狀態、振動的發展趨勢對軸承的運行狀況進行綜合分析。
3.1潤滑油監測法
對軸承使用的潤滑油進行系統分析，了解軸承潤滑與磨損狀態，查明故障原因和部位，及時采取措施扼制事故發生。對于潤滑油中的金屬成分磨損顆粒的含量變化應做好跟蹤記錄。隨著設備運行時間的延長，金屬元素的種類和數量均會發生相應改變，根據變化趨勢可以判斷設備產生磨損的部位和狀態。該方法適用于對故障進行早期預報，一般在風機投運后對潤滑油定期進行抽檢化驗。主要根據潤滑油中鐵元素的含量來判斷主軸是否磨損，由于此方法適用于磨損的早期判定，還要結合風機運行的振動參數來綜合分析判斷。
由表1可以清楚看到，當主軸存在磨損狀況時，油中的金屬鐵、鉻、銅的含量已達到換上新油后的2～3倍。
3.2振動判斷法
旋轉機械軸承故障在現場應用中復雜多變，主軸磨損后由于配合部位存在間隙會引起風機振動的變化，通常以振動信息為依據，對軸承轉套故障進行故障診斷與監測可得到較好的預知效果。例如秦電一期的1號引風機推力軸承的跑套故障，在前期會出現如圖5所示的故障特征，在軸承明顯出現周期性的脈沖時，說明軸承已經發生了劣化。并且根據振動數據的趨勢可以發現軸承的高頻能量的增加，如圖6所示，而由此進行軸承的檢查，確認軸承內套的嚴重磨損，事后進行軸承更換及軸頸的處理，使軸承運行達到了穩定。如圖7所示為修后的軸承的穩定狀態的時域波形。
3.3停機檢查法
如圖8所示，適用于檢修或故障檢查時對磨損較嚴重的軸的檢查。首先檢查油箱內潤滑油是否干凈，主軸磨損后有大量鐵屑沉積在軸承箱下面，潤滑油呈黑色，主軸徑向磨損的同時伴隨著軸向磨損，軸肩或鎖母部位產生間隙，因主軸磨損后程外大內小的倒錐型，軸承支撐轉子的支撐點有所改變，外側下面珠粒與軸承外套產生間隙，表現為松動，而外側上面珠粒對軸承外套產生向下的壓力，表現為卡澀。此檢查法適用于對磨損嚴重且未進行解體測量主軸的快速判斷。圖8為主軸磨損時的軸承定位狀態。
4、磨損后的處理方法
4.1刷鍍法
是利用電鍍技術將溶液中的金屬離子鍍在磨損主軸表面，使主軸尺寸達到配合要求的一種方法。其優點是鍍層均勻，接觸面積大，配合較好，修復時間短，適用于故障搶修；其缺點是刷鍍前需對主軸進行仔細打磨去除所有毛刺及銹蝕，否則易造成鍍層脫落。刷鍍時對電流及溫度要求高，控制不好同樣造成鍍層脫落。風險性較高，刷鍍時要求連續性均勻盤車，否則將導致鍍層不均，不適合盤車困難的風機搶修工作。因刷鍍層一般不超過o．10 mm，故不適合磨損嚴重的主軸。雙支撐風機主軸磨損的共性為：主軸磨損一般越靠軸肩部位磨損越嚴重，磨損后的主軸都帶有一定錐度。而刷鍍時電刷靠軸肩部位不一定刷到，刷鍍完后主軸圓柱度偏差大。如2號爐1號引風機2004年11月檢修，主軸磨損進行刷鍍處理，室外溫度低，連續刷鍍14 h，運行時搶修，因無法進入機殼內部盤車，因此引風機主軸磨損搶修時不適合刷鍍方法。3號爐A-次風機在2005年1月小修時因主軸磨損進行刷鍍處理，刷鍍后配合段軸向偏差大，僅有30%～40%的軸向尺寸達到配合要求，軸承裝配后造成軸向擺動，導致風機啟運時振動超標達0.10 mm，停運后對該軸重新進行研磨處理，恢復運行后正常。
4.2周向焊道法
是在磨損主軸圓周方向直接焊接焊道，然后將焊道進行銼銷及磨銷加工，使焊道部位局部達到配合尺寸的方法。其優點是修復時間短，適合故障搶修，不受磨損量的限制。其缺點是測量誤差大，修復后軸頸配合接觸為線接觸，接觸面積小，軸頸圓度偏差較大。預留緊力小時，裝配后達不到配合緊力，預留緊力大時，易造成軸承徑向的彈性變形，適用于對配合緊力要求較松的過渡配合。如1號爐1號引風機軸承配合要求為D200h7，1999年主軸深度磨損進行補焊修復，修復后運行良好，2000年更換轉子時對軸頸進行檢查，未見轉套及磨損現象。3號爐B-次風機配合要求為D130m6，配合要求過盈量大，2004年7月因振動超標無法維持運行，停運搶修時同樣進行焊道修復處理，在2005年1月小修時發現有磨損及轉套現象，后來對該轉子進行了補焊加工修復。
4.3補焊加工法
是將轉子拆除，對主軸磨損部位進行補焊，然后將主軸放至車床、磨床上進行加工處理，直至達到裝配的精度要求。其優點是加工精度高，各裝配部件能夠完全達到加工的精度要求，裝配公差滿足技術要求；其缺點是檢修工作量大，檢修時間長，不適合在機組運行時搶修，焊接過程因熱量大容易造成主軸彎曲，修后需進行彎曲度檢查及矯正，轉子需進行動平衡試驗，修復費用高且受場地限制。
以上3種方法各有利弊，須根根據工作的實際情況靈活運用。
