HSZ500碎煤机轴承抱轴的原因分析及处理措施

贾光华

(河北华电石家庄热电有限公司，河北 石家庄 050041)

0 引言

环式碎煤机是火电厂输煤系统中重要的辅机设备，它担当着燃煤的破碎加工任务。环式碎煤机具有结构简单、功耗比低、粉尘小、运行平稳、噪声低等优点[1]。在碎煤机运行中，由于维修不当、保护装置失灵、巡检不到位，致使一些早期设备缺陷如轴承的温度、振动、声音、气味异常等不能被及时发现，导致缺陷扩大，造成轴承损坏、轴损坏甚至转子报废的严重设备损坏事故。由于此类设备故障修复工作量大、时间较长，运行设备失去备用设备，给安全生产造成被动局面。

1 问题的提出

1.1 设备概况

HSZ500型环式碎煤机主要技术规范如下。

出力：500 t/h

转子直径：1 370 mm

转子工作长度：1 586 mm

转子轴承：22 238 CC/W33

转速：595 r/min

环锤数量：30个

环锤排数：4排

联轴器：YOX1000型液力偶合器

1.2 设备损坏情况

2019年1月8日，某电厂一台HSZ500型环式碎煤机运行中，非驱动端轴承座着火。维修人员对着火的轴承座进行解体检查发现：双列调心滚子轴承内侧一列保持架断裂损坏，滚动体部分错位打横，且磨出平面，变色发蓝。外侧一列保持架、滚动体完整，整体变色发蓝。轴承内圈、绝大部分滚动体及外圈的局部内表面变色发蓝，轴承内圈外表面存在明显的滚动体凹坑状压痕。 轴头、锁母发蓝，锁母止退拨垫内齿断裂，锁母松脱约15 mm。轴承内圈用加热法取不下来，用气割剥离轴承内圈，发现轴颈上布满了螺纹样沟槽，轴承内圈与轴抱死，碎煤机转子轴颈已严重损伤。轴承、轴损坏情况见图1-图5。

2 原因分析

2.1 润滑不当

润滑具有控制摩擦、减少磨损、降温冷却、防止摩擦面锈蚀的作用。轴承润滑的油质、油量若不能满足使用要求，则轴承运动表面的油膜保护功能被削弱，运动表面之间趋于干摩擦, 随着运动时间的持续，温度不断升高，导致运动表面损伤[2]。碎煤机非驱动端轴承座解体检查前，发现轴承座两侧端盖均流出熔化的润滑油(见图6、图7)，但轴承外侧流出的油量比内侧明显少得多。解体轴承座后，发现轴承外侧一列滚动体、保持架完整无损，烧得变色，基本无残留油脂的痕迹，至少有连续3个滚动体有明显的锈迹(见图3)；轴承内侧一列滚动体有明显残留油脂的痕迹，未见锈迹(见图8)。这些迹象表明非驱动端轴承外侧一列滚动体润滑不当。

碎煤机转子承受较重冲击负荷，轴承运转时摩擦发热，由于润滑不当，使轴承温升过大，内圈的温度高于与其配合的轴颈温度，加之轴承内圈(轴承钢)的热膨胀系数比轴(45号钢)的热膨胀系数高，而且内圈的体积比轴颈的体积小得多，轴承内圈因热膨胀而与轴颈的配合松动，原过盈配合面出现小幅的相对运动。在轴颈与轴承内圈接触面的压力作用下，结合表面上的微凸体就会产生塑性变形。当变形量足够大时，发生金属粘连现象。在碎煤机振动的反复作用下，一直重复着金属粘连、剪切、脱落的过程。由于轴颈的硬度低于轴承内圈的硬度，轴承内圈与轴颈配合相对较紧，磨屑排不出去，从而轴颈被磨出螺纹样沟槽。随着温度的升高，最终造成内圈与轴颈咬焊在一起，轴承与轴颈抱死，不仅轴承损坏而且轴颈也严重损伤[2]。在轴与内圈相对转动时，轴承锁母止退拨垫内齿被切断，引起锁母逐渐松开。由于轴承内圈与轴相对转动干摩擦，温度极高(外观已发蓝)，产生软化、塑性变形，被滚动体压出凹坑。

2.2 轴承与轴承座装配不当

非驱动端轴承作为游动支撑端，轴承座孔与轴承外圈应为间隙配合，非驱动端轴承外圈与两侧端盖止口应各预留5～10 mm间隙，用于抵消转子轴向位移。如果非驱动端轴承外圈只有一侧与端盖止口留有间隙，转子运行中轴向伸缩量不能抵消，轴承受到较大轴向力[3]。经查阅设备检修记录与现场检查，发现碎煤机非驱动端轴承外圈一侧与轴承座通盖止口无间隙，另一侧与轴承座闷盖止口有8 mm间隙，轴承座与轴承外圈有0.01～0.03 mm过盈配合，装配不当。

非驱动端轴承装配不当，在工况正常、润滑良好、温升不大的情况下，轴承、轴的涨缩可忽略不计，因此日常运行中也未见明显异常现象。但在润滑不良、轴承温升过高的情况下，轴承尺寸胀大，其结果是滚动体滚动受阻，加剧温度升高，轴承、轴受热应力膨胀。因装配时轴承座孔与轴承外圈为过盈配合，加之轴承热膨胀量大于轴承座孔的热膨胀量，因此轴承座孔与轴承外圈的配合变为更大的过盈配合，轴承外圈与轴承座闷盖止口虽有8 mm间隙，轴承在轴承座孔内不可能实现轴向位移，但能实现向间隙侧局部膨胀变形。而轴承外圈另一侧与轴承座通盖止口无间隙，轴承、轴高温膨胀，当产生的轴向力足够大时，轴承由双列滚子承载变为单列承载。此时轴承内圈与外圈在轴向力作用下发生轴向错位，在内圈和外圈对单列承载的球面滚子轴向挤压作用下，轴承滚子一端与转动的内圈滚道摩擦，另一端与不动的外圈滚道摩擦，在内圈转动的作用力下，该列滚子发生打横，导致保持架损坏，轴承损坏[4]。

2.3 监测保护装置故障

碎煤机安装了现场轴承温度、振动监测保护装置，监测装置的现场控制箱显示温度、振动值，但在轴承温度、振动异常超标时，该现场监测保护装置故障，未能实现保护停机功能，导致碎煤机持续带病运行，最终造成碎煤机非驱动端轴承、轴严重损坏。

2.4 运行值班人员巡检不到位

运行值班人员巡检的主要职责就是及时发现设备运行中出现的异常温度、振动、电流、流量、声音、气味等现象，并采取相应措施，防止事态扩大。轴承润滑不良，温度势必异常升高；高温状态下，润滑脂熔化、外溢势必有浓烈的焦糊气味；轴承损坏势必有异常声音、振动；轴承温度继续升高至润滑脂燃点，着火燃烧。任何设备缺陷都有其发生、发展的过程，运行值班室就设在碎煤机室现场，但运行值班人员直至碎煤机轴承着火后才发现问题，结果是不仅轴承损坏，轴颈也损坏，设备维修成本更高。

3 轴承抱轴的处理措施

鉴于碎煤机转子非驱动端轴颈已严重损伤，决定采用补焊轴颈、机加工修复转子轴颈的方案(见图9)。将碎煤机转子拆下，卸掉全部环锤、环轴，运至机加工厂，拆卸转子的液力偶合器，用车床将抱轴的轴承内套、轴颈上的沟槽去掉，用J507焊条堆焊轴颈，通过机加工修复轴颈，径向圆跳动控制在0.05 mm以内。转子驱动端轴承虽未见明显损坏，本次同非驱动端轴承一起更换。用油浴法将轴承加热至80～100 ℃，装入主轴轴承位置，并用止退拨垫、锁母轴向压紧轴承内圈，轴承应转动灵活，测量径向游隙均匀，符合公差要求。安装液力偶合器，转子运回电厂回装。轴承添加3号锂基润滑脂，调整非驱动端轴承座，使轴承外圈与两侧端盖止口各预留5 mm间隙。用直尺检查轴承内圈、外圈端面应在同一平面内，防止歪斜偏载。非驱动端轴承座孔与轴承外圈采用间隙配合。转动转子，用磁力百分表测量轴承附近的主轴外圆，驱动端跳动0.03 mm，非驱动端跳动0.05 mm。按照原来环锤排列方式回装环锤、环轴等，电动机找正，误差小于0.15 mm。

碎煤机修复结束后试运行，运行平稳，轴承座基本听不到声音，观察不到振动，以致误以为未启动。测量轴承座垂直、水平振幅均在0.03 mm以下。空载试运行结束后，带负载运行正常。

4 结语

设备运行中出现异常的温度、振动、声音、气味等现象，都有其发生、发展的过程，早发现则早解决问题，也易解决问题；晚发现则设备带病运行直至损坏甚至报废，解决问题的成本也更高。任何保护装置都有误动、拒动的可能，人是设备安全运行的最后一道防线，因此设备运行中日常巡检对设备安全经济运行至关重要。环式碎煤机是火电厂输煤系统中重要的辅机设备，除按工艺要求做好设备检修维护、监测保护装置试验外，必须做好设备运行中日常巡检与设备精密点检工作，以指导设备维修，从而将设备故障消除在萌芽状态，提高设备的安全可靠性。