大型风机轴承烧瓦原因及其处理方法

　　徐塘发电有限公司2×300MW扩建工程6号机组引风机是成都电力机械厂制造的型号为AN28e6静叶可调式轴流风机，风量为268.74m3/s，风压为4711Pa；电机是沈阳电机股份有限公司提供的型号为YKK710-8电机，电机转速为744r/min，功率为1 800kW，电压为6 000V.电机两端为滑动轴承结构，瓦宽为220mm，甩油环外径为363mm，厚度为11.5mm，宽度为30mm，质量为3060g；轴颈外径为200mm，椭圆度偏差为0.2mm.油室两侧各有一个油位计，轴承座与下轴瓦之间有一个电加热器，下轴瓦下面有一个测温元件。电机轴承的冷却方式为自然冷却。
　　第一次试转时，甲侧引风机电机推力端轴瓦温度升高，定值保护停机；乙侧引风机电机膨胀端轴瓦温度升至报警值，为了防止设备严重损坏，手动停机。检查发现甲侧引风机电机推力端轴瓦有烧瓦现象，乙侧引风机电机膨胀端轴瓦局部有磨痕。现场消缺，重新安装后，电机试运转4
　　h无异常现象。锅炉空气动力场试验时，2台引风机电机的轴瓦温度稳定在61.9℃（甲）、59.5℃（乙）后略微下降，转动正常。
　　2005年4月1日，电除尘气流分布试验过程中除电机轴瓦温度稍高外，其他正常。但是在气流分布试验快结束后，16∶00，62号引风机电机侧轴瓦温 度快速攀升至62.4℃时；16∶30，61号引风机风机侧轴瓦温度快速攀升至61.2℃，都有进一步上升的趋势。为了保护设备，手动停机。2台电机气流分布试验时引风机轴瓦温升值见表1.
　　表1 气流分布试验时引风机轴瓦温升值
　　时间 61号电机轴承温度/℃ 时间 62号电机轴承温度/℃
　　电机侧 风机侧 电机侧 风机侧
　　12：00 19.0 18.1 12：00 19.9 16.7
　　13：00 40.1 38.5 13：00 41.4 35.7
　　14：00 48.7 49.1 14：00 53.9 47.2
　　15：00 50.7 51.9 15：00 56.9 50.3
　　16：00 53.1 55.8 16：00 59.2 52.9
　　16：30 54.8 57.9 16：01 62.4 53.5
　　16：31 55.2 61.2
　　4月2日～4月5日对电机轴瓦解体检查，发现2台电机端外侧和风机端外侧轴瓦均有磨瓦现象，但内侧没有磨瓦现象。同时发现油挡附近轴颈处油润滑明显不足。对瓦面作刮瓦处理试转，当温度达到56～60℃后，瓦温快速攀升。前后试运转达11次，每次情况都差不多。解瓦检查发现，瓦面痕迹一致。加大冷却油量后，不再烧瓦，但温度仍然升至62℃，并且随着气温的波动而波动。整个过程中，2台风机轴系振动很好，最大振动均为1丝左右。
　　2 原因分析
　　打开轴瓦对轴承进行了仔细检查，如压力角、间隙、椭圆度等，甲、乙侧引风机电机轴承检查数据见表2.所有数据都符合规范和厂家技术要求，可以排除安装不当的原因。
　　表2 甲、乙侧引风机电机轴承检查数据
　　检查项目 甲侧引风机电机 乙侧引风机电机
　　推力端 膨胀端 推力端 膨胀端
　　电机轴与轴瓦之间侧间隙/mm 0.15 0.15 0.15 0.15
　　电机轴与轴瓦之间顶间隙 /mm 0.33 0.32 0.32 0.33
　　电机轴瓦接触角 75° 75° 75° 75°
　　电机轴瓦接触面/点·cm-2 ≥1 ≥1 ≥1 ≥1
　　轴肩与轴瓦之间间隙/ mm 7.4 7.6 7.5 7.4
　　由于2台引风机轴系轴向、水平、垂直方向振动都很小，所以排除了轴系不对中、磁力线中心、电机基础等问题。瓦面没有被电击的痕迹，所以也排除了轴承座绝缘不够和转子磁通量轴向分布不均等原因。2台风机为同一批产品，且烧瓦发生的过程和症状非常相似，所以初步认定故障原因是一致的。
　　由这2台引风机电机轴瓦温升高直至烧瓦整个过程，通过对原始记录的数据资料进行分析，初步判断故障是由于甩油环转动带上来的油量太少，在下瓦压力角内无法形成和保持一定厚度的油膜，导致轴颈与轴瓦接触摩擦。瓦温、油温升高后，润滑油的黏度下降，加剧了油膜的破坏，直至轴瓦与轴颈摩擦，温度急剧升高。当温度达到某一临界数值时，油膜承压能力低于轴颈压力，由此将引起恶性循环，导致轴瓦温度快速攀升。
　　加大润滑冷却油量后，润滑油位高于轴瓦下瓦面，这虽然缓解了油膜的破坏，在一定程度上避免了轴与轴瓦的直接接触，但是此时的平衡温度达到62℃，是一种高位平衡，轴承运行风险太大。
　　3 改进措施
　　（1）更换润滑油。用46号机械油代替46号透平油，目的是为了提高润滑油的黏度，使得在甩油环转动时可以带上更多的油。但高温时，机械油黏度的下降程度比透平油大。但是试验证明，效果并不明显。
　　（2）对轴瓦进口油囊作加深处理。在出油侧增加出油油囊，在瓦面开网状油槽，目的是为了加大轴润滑冷却油的循环速度。上述措施没有起到决定性作用。
　　（3）对甩油环进行改进。在粗糙甩油面内侧开浅斜槽，在甩油环侧面加开几条浅油槽。该措施同时带来了正、负两方面的效应。正面作用是有利于甩油环在转动过程中储油，使得带油量增加。负面作用是油槽加深，出油量相对于带油量的比重下降。
　　（4）加大润滑油量。将油位实际高度达到下瓦面以下（图纸要求下瓦的2/3高度），这样虽然缓解了油膜破坏，但油位太高，以致局部换热效果变差，平衡时温度太高，风险加大。
　　（5）在油室内加设盘管式水冷却装置。该方法相对比较简易方便。但是由于油室结构特殊，且增加冷却装置将相对减少油室中的油量，如果发生冷却水效率降低或者上层油温升高现象（冷却只能针对下层油），温度就不能很好控制。
　　现场实施效果表明，实施上述多种措施后的效果并不明显，以上方法不能够从根本上解决轴瓦温度过高的问题。
　　在这种情况下，只有改变润滑冷却方式，才能达到轴瓦降温的目的。在对问题进行分析的基础上，决定采用电机轴承外循环冷却装置。改进前、后轴瓦结构图，分别见图1、图2.电机用外循环润滑系统见图3.尽管增加了投资，但有效地增加了散热量和润滑流量。在选择油循环的路径上，采用进油（冷油）喷淋，油室高位油溢流回油的方案。在电机轴承外部加装一套循环润滑油系统，供2台电机4个轴瓦用。甩油环仍然保留，在每个轴承上瓦靠进油侧装1根Dg15的进油管，安装1个Dg15的阀门，以便调节进油量的大小，0.2MPa压力对轴颈直接喷淋。每个轴瓦约有4L/min的润滑油流经瓦面，充足的油量形成一定的油膜，确保摩擦面处于液体摩擦状态，并及时带走轴承产生的热量。用轴承座的预留接口做回油接口（管径为Dg50），使油室仍然保持原有的油位高度。当外循环装置发生故障或断电，导致短时间意外事故发生时，甩油环仍然可以向轴瓦供油。值班人员发现瓦温上升快，温度高等异常情况后，可以及时处理，采取措施以避免烧瓦事故的发生。
　　为确认电机轴承外循环冷却装置的可靠性，装置装好后，将6号锅炉的一次风机、送风、密封风机和引风机全部启动，按照设备的额定工况进行满负荷运行，运行48h，整个过程中最高温度始终保持在37℃左右，说明上述方案起到了很好效果。
　　4 结论
　　引起轴瓦温度升高的原因很多。如果是由振动引起的，可以从转子动平衡、轴系找中心、基础刚度、磁力线中心等方面处理。如果是由于传热等问题引起的温度升高而导致烧瓦时，仅从机械和结构上分析，往往不易寻找出根本原因，这时必须从润滑原理上分析，寻找原因，从根本上解决轴承温度高的问题。