0、引言
秦皇岛发电有限责任公司（下称秦电）大型
离心风机曾多次发生主轴磨损故障，致使
风机振动加剧，无法维持稳定运行，被迫停运检修，处理困难且所需时间较长，严重威胁机组的稳定运行。1999年至今先后10台次处理轴颈，其中6次在机组运行时被迫停运风机检修处理，直接影响机组的稳定运行。本文主要针对此类故障进行深入分析并介绍了采取的有效防范措施。
1、故障案例
案例-:2005年5月，2号炉2号一次风机振动增大到o．2 mm，停运解体，发现承力侧轴承内圈转套，紧定套锁紧螺母松动，虽因抢修没有拆下轴承进行轴颈测量，但判断轴颈已有磨损。
案例二：2002年，1号炉号1号一次风机推力侧轴颈磨损0-10～0. 15 mm，先后3次因振动超标无法维持运行而退出运行检修，于当年9月小修进行补焊加工修复。
案例三：2004年7月，3号炉B-次风机推力侧轴颈磨损0. 05～0.15 mm，先后3次因振动超标无法维持运行而退出运行检修，于2005年1月份小修时进行补焊加工修复。
案例四：2005年1月3号炉小修时检查发现A一次风机推力侧轴颈磨损0. 07～0.13 mm，进行刷镀修复处理。
案例五：2004年10月2号炉小修时检查发现1号引风机推力侧轴颈磨损，磨损量为0. 20～0. 29 mm，进行刷镀修复处理。
从以上案例可以看出，离心风机主轴磨损已严重影响秦电机组安全运行。
2、故障分析
主轴磨损的主要原因是轴承内圈与主轴轴颈的配合紧力不够，内圈与主轴的配合紧力小于运行时滚动体与内外套的摩擦力，导致轴承内套与主轴配合处产生相对运动。造成此类磨损的因素很多，主要有装配工艺中的配合偏差、轴承装配的工艺方法、联轴器两端面间隙偏差及对中偏差、运行方式等。
2.1装配工艺中的配合偏差
在轴承的配合上，重要的是给予承受负荷旋转的套圈合适的过盈量。配合面之间的过盈量在装配后和工作中是变化的，由于内圈滚道受载弧面上的切向变形和热张变形使得内圈变大，因而导致内圈和轴之间的过盈量减小，内圈与轴的配合变松，而外圈的张大则使外圈与外壳孔之间的过盈量加大。因此，在选择配合时一般应将内圈与轴的配合选得较紧一些，外圈与孔的配合选得较松一些。以运转中轴承温升说明，如轴承内部温度和外壳周围温度的温差为A℃，运行中内圈与轴温差引起配合量的减少导致跑套，一般此温差引起配合过盈量减少值由下面公式计算：
由此可以看出，轴承内圈温度超过环境温度50℃时轴承内圈的配合紧力即会消失而引发转套。
同时，配合面加工的凸凹点，由于装配作业时压损，有效过盈量比目标过盈量减小，一般因加工精度而异。30～150 mm左右的轴承的有效过盈量约为目标过盈量的95%。如果存在配合偏差，以上因素均可导致无法满足装配要求，引发主轴磨损及转套现象。
主轴与轴承配合有其设计标准，配合紧力过大会导致轴承游隙减小且套圈变形，运行时轴承发热，噪音增大，外圈转动。配合紧力过小会因紧力不足造成内圈转动。以一期一次风机的轴承装配为例，一期一次风机轴承定位是靠紧定套结构将轴承固定在轴上，如图1所示。
轴承结构为锥孔双列调心滚子轴承，用紧定套安装在圆柱轴上，靠锁母敲紧将紧定套与轴承定位在轴上。根据轴承手册，其配合紧力的大小是靠轴承紧固后的游隙变动量来确定。根据轴承公称内径范围，轴承的轴向方向压入量应为0.75～0.9 mm，径向游隙的减少量应为0.05～0.06mm，按照轴承的标准游隙0.17～0.22 mm计算，轴承装配后的轴承游隙值应为0.11～0.17 mm。且此测量值应在主轴顶起状态下，即避免因转子自重外圈变形导致测量偏差。但在实际装配中，往往对装配标准不清楚或对测量细节不认真，导致配合紧力不够，加之轴承运行中的内外温差因素，引发运行中轴承转套、主轴磨损故障。
轴承的定位精度是杜绝配合偏差的可靠保证。因此，在装配前，要准确测量各部配合尺寸，满足尺寸精度、形位公差及表面粗糙度配合要求。装配中对主轴的圆度、圆柱度和轴肩跳动均有公差标准，与O级精度轴承相配的轴的圆度公差为IT4/2，圆柱度公差为IT4/2，挡肩跳动公差为IT3，配合表面光洁度应达到6.3 S，尺寸公差应比形位公差低一个精度等级即IT4。其中配合处所有测量工作应以环境温度为20℃情况下测量为宜。考虑现场环境的不定性，配合尺寸应在现场相同环境温度下测量，确保配合尺寸数据的准确性。如果上述的装配尺寸保证不了，必然影响到装配紧力，比如安装部分的挡肩如果精度不好，就会导致轴承内外圈倾斜。3号炉B-次风机推力侧轴颈磨损后，在主轴圆周方向焊接焊道并手工修磨至配合尺寸，运行后又发生内圈转套、焊道磨损现象，主要原因即配合精度与要求的标准精度相差较大。
2.2轴承装配的工艺方法
大型风机轴承装配一般采用热装法，现场装配时用油或轴承加热器将轴承加热至100℃左右，将轴承套装至轴上，安装后马上用锁母紧固，并用塞尺测量轴承与轴肩是否有间隙。存在间隙说明轴承未装配到位，不能投入正常使用，因轴承加热后不仅在径向膨张。在轴向方向也有膨张。以3640轴承为例，其轴向宽度为138 mm，与加热温差100℃比较，其轴向膨张量由公式(△L—La△t)可以算出为0.165 mm。因此必须在轴承冷却后进行再紧固，以确保轴承的轴向紧力。引风机因通流介质温度较高，轴涨位移较大，如果轴向紧固力不足，易引发风机运行时轴承转套。
2.3联轴器两端面间隙偏差及对中偏差
联轴器的精确找正，可以保证转子的运转平稳、不振动。否则，将使轴和联轴器产生很大的应力，严重地影响轴、轴承的正常运转，因此联轴器的精确校正是检修装配中的一个重要环节。
秦电在装运行的大型离心风机联轴器型式有以下3种：一期送风机弹性圈柱销联轴器，一期引风机为尼龙柱销式联轴器，一、二期一次风机为刚挠性联轴器。
由图2显示，送风机弹性圈柱销联轴器，只要保证销孔与弹性圈之间留有一定的间隙(O，5～2mm)，使两联轴器之间能沿圆周方向活动，该联轴器能够很好地消除机、电联接的轴向力。由图3显示，一次风机联轴器因轴向、径向偏差产生的轴向力通过簧片直接传递到轴承部。
由图4可以看出，当引风机两对轮间隙超过给定值时，便产生了轴向力。其轴向力在运行中始终存在，电机轴瓦轴向允许移动量大，不受联轴器影响，风机承力侧轴承为自由轴承，可以自由伸缩，受轴向力影响较小。而风机推力侧轴承为风机的定位轴承，推力间隙一般为0.20～0. 40 mm，允许位移的变动量很小，如果联轴器间隙不当，由联轴器产生的轴向力在运行当中一直存在，推力轴承一直受交变轴向力作用，极易引发轴承转套。由上述案例看出，5台故障风机，其中4台为推力侧主轴磨损。例如2号炉l号引风机联轴器正确连接的磁力中小位置为150 mm左右，而实际的连接尺寸为155 mm。
2.4运行方式的影响
离心风机一般为人口挡板截流调节，风机应尽量避开不稳定运行工况区。风机运行时，因进出口存在压差，必然存在一定的轴向负荷。风机均有消除或减小轴向力的设计，如一期引风机即为双吸风机，但由于两侧进风不均尤其在挡板开度过小时，挡板开度处在入口气流涡流区域剧烈振动，曾多次导致挡板轴断裂。此运行工况对风机轴向载荷影响最大，如负荷调峰期不进行高低速倒运，单纯的用入口档板小流量截流调节导致风机轴向振动增加，会对轴承造成冲击而诱发转套，不利于风机的运行。单吸风机在并联运行工况不一致时，会因风量及风压的不一致导致单台风机运行工况恶化，轴向负荷加大。例如2004年5月13日9：00，1号炉1号一次风机推力侧轴承温度65℃，准备安装冷却风机冷却。9:20安装冷却风机过程中，发现风机入口挡板全关，就地检查测量轴承温度60℃（画面显示68℃）且逐渐上升，准备换油；10:00就地温度达到69℃（画面显示78℃）时换油，温度降至就地65℃（画面74℃）；10:40左右温度继续上涨，正在进行第二次换油过程中，轴承温度已超过80℃，且温升加剧，风机停运。环境温度升高，致使风机轴承温度有所提高，属正常现象。但在处理过程中关闭该风机人口挡板，两台风机运行工况不一致，致使该风机轴向负荷急剧增加，运行不稳，轴承承受轴向负荷过大导致温升剧烈增加。以上两种运行方式是在运行期间诱发轴承转套的主要问题。
3、预防措施
根据以上的原因分析，在预防轴承转套的措施上，首先要在安装中杜绝各部件配合的装配尺寸偏差，保证配合公差满足标准要求，对于各相配零件的尺寸精度、形位公差及表面光洁度应满足装配标准，不符合标准的应进行加工修复。在装配工艺上，应杜绝不正确的轴承装配方法，保证轴承定位的轴向紧力。对于联轴器的校正安装，应确定安装的磁力中心位置，消除轴向力达到最佳的运行状态。
其次，应根据轴承运转中的油脂状态、振动的发展趋势对轴承的运行状况进行综合分析。
3.1润滑油监测法
对轴承使用的润滑油进行系统分析，了解轴承润滑与磨损状态，查明故障原因和部位，及时采取措施扼制事故发生。对于润滑油中的金属成分磨损颗粒的含量变化应做好跟踪记录。随着设备运行时间的延长，金属元素的种类和数量均会发生相应改变，根据变化趋势可以判断设备产生磨损的部位和状态。该方法适用于对故障进行早期预报，一般在风机投运后对润滑油定期进行抽检化验。主要根据润滑油中铁元素的含量来判断主轴是否磨损，由于此方法适用于磨损的早期判定，还要结合风机运行的振动参数来综合分析判断。
由表1可以清楚看到，当主轴存在磨损状况时，油中的金属铁、铬、铜的含量已达到换上新油后的2～3倍。
3.2振动判断法
旋转机械轴承故障在现场应用中复杂多变，主轴磨损后由于配合部位存在间隙会引起风机振动的变化，通常以振动信息为依据，对轴承转套故障进行故障诊断与监测可得到较好的预知效果。例如秦电一期的1号引风机推力轴承的跑套故障，在前期会出现如图5所示的故障特征，在轴承明显出现周期性的脉冲时，说明轴承已经发生了劣化。并且根据振动数据的趋势可以发现轴承的高频能量的增加，如图6所示，而由此进行轴承的检查，确认轴承内套的严重磨损，事后进行轴承更换及轴颈的处理，使轴承运行达到了稳定。如图7所示为修后的轴承的稳定状态的时域波形。
3.3停机检查法
如图8所示，适用于检修或故障检查时对磨损较严重的轴的检查。首先检查油箱内润滑油是否干净，主轴磨损后有大量铁屑沉积在轴承箱下面，润滑油呈黑色，主轴径向磨损的同时伴随着轴向磨损，轴肩或锁母部位产生间隙，因主轴磨损后程外大内小的倒锥型，轴承支撑转子的支撑点有所改变，外侧下面珠粒与轴承外套产生间隙，表现为松动，而外侧上面珠粒对轴承外套产生向下的压力，表现为卡涩。此检查法适用于对磨损严重且未进行解体测量主轴的快速判断。图8为主轴磨损时的轴承定位状态。
4、磨损后的处理方法
4.1刷镀法
是利用电镀技术将溶液中的金属离子镀在磨损主轴表面，使主轴尺寸达到配合要求的一种方法。其优点是镀层均匀，接触面积大，配合较好，修复时间短，适用于故障抢修；其缺点是刷镀前需对主轴进行仔细打磨去除所有毛刺及锈蚀，否则易造成镀层脱落。刷镀时对电流及温度要求高，控制不好同样造成镀层脱落。风险性较高，刷镀时要求连续性均匀盘车，否则将导致镀层不均，不适合盘车困难的风机抢修工作。因刷镀层一般不超过o．10 mm，故不适合磨损严重的主轴。双支撑风机主轴磨损的共性为：主轴磨损一般越靠轴肩部位磨损越严重，磨损后的主轴都带有一定锥度。而刷镀时电刷靠轴肩部位不一定刷到，刷镀完后主轴圆柱度偏差大。如2号炉1号引风机2004年11月检修，主轴磨损进行刷镀处理，室外温度低，连续刷镀14 h，运行时抢修，因无法进入机壳内部盘车，因此引风机主轴磨损抢修时不适合刷镀方法。3号炉A-次风机在2005年1月小修时因主轴磨损进行刷镀处理，刷镀后配合段轴向偏差大，仅有30%～40%的轴向尺寸达到配合要求，轴承装配后造成轴向摆动，导致风机启运时振动超标达0.10 mm，停运后对该轴重新进行研磨处理，恢复运行后正常。
4.2周向焊道法
是在磨损主轴圆周方向直接焊接焊道，然后将焊道进行锉销及磨销加工，使焊道部位局部达到配合尺寸的方法。其优点是修复时间短，适合故障抢修，不受磨损量的限制。其缺点是测量误差大，修复后轴颈配合接触为线接触，接触面积小，轴颈圆度偏差较大。预留紧力小时，装配后达不到配合紧力，预留紧力大时，易造成轴承径向的弹性变形，适用于对配合紧力要求较松的过渡配合。如1号炉1号引风机轴承配合要求为D200h7，1999年主轴深度磨损进行补焊修复，修复后运行良好，2000年更换转子时对轴颈进行检查，未见转套及磨损现象。3号炉B-次风机配合要求为D130m6，配合要求过盈量大，2004年7月因振动超标无法维持运行，停运抢修时同样进行焊道修复处理，在2005年1月小修时发现有磨损及转套现象，后来对该转子进行了补焊加工修复。
4.3补焊加工法
是将转子拆除，对主轴磨损部位进行补焊，然后将主轴放至车床、磨床上进行加工处理，直至达到装配的精度要求。其优点是加工精度高，各装配部件能够完全达到加工的精度要求，装配公差满足技术要求；其缺点是检修工作量大，检修时间长，不适合在机组运行时抢修，焊接过程因热量大容易造成主轴弯曲，修后需进行弯曲度检查及矫正，转子需进行动平衡试验，修复费用高且受场地限制。
以上3种方法各有利弊，须根根据工作的实际情况灵活运用。
