引风机钨金瓦轴头漏油问题的分析与根治办法

引风机钨金瓦轴头漏油问题的与根治办法 引风机钨金瓦轴头漏油问题的分析与根治 办法 2二兰竺兰查兰!墨!竺! 引风机钨金瓦轴头漏油问题的分析与根治办法 …电厂竺.『『<t26 根治甩油商看聂谣一 关键词钨金瓦甩油分析与根治 l概述 乌瓣 轴承是转动机械上最为重要的零部件, 它承受着转子的径向和轴向载荷,限制转子 的轴向和径向的运动位置,以保证转动机械 ,对轴承的要求是摩擦阻 的安全运转.因此 力小,使用寿命长,体积小,能适应较高转 速.拆装容易,在一旦发生故障时能快速进 行更换. 根据轴承中摩擦性质的不同,可把轴承 分为滑动摩擦轴承(简称滑动轴承)和滚动 摩擦轴承(简称滚动轴承)两大类.滑动轴 承与滚动轴承相比有下列优点:轴颈与轴瓦 接触面积大,故承载能力强,径向尺寸小,精 度高,搞冲击载荷能力强,在保证液体摩擦 的条件下可在高速下工作.因此,发电厂高 载设备如大型引,送风机,磨煤机大多采用 此类轴承.但它的最明显的缺点是耗油量 大,不易密封,易漏油. 滑动轴承按结构形式可分为整体式和 对开式两种.整体式滑动轴承的外壳的材 料为铸铁工铸钢,轴瓦的村料为表铀或黄 铜.它只适用于低速(200rlmln以下),轻载 荷,或间歇工作的小型机械.而对开式滑动 轴承由轴姑座通常为铸铁或铸钢,上下瓦的 为青铜,黄铜或表面浇铸巴氏台金(又 为钨金瓦)的铸铁等.由于钨金基体韧而有 塑性,抗应变能力强,摩擦系数小,所以多用 于高载设备.我厂老机组22台引风机(型 号:且2Ox2,均为前苏联)的轴瓦中采 用钨金瓦结构的风机有16台,占设备总数 的72.72%.长期运行实践中我们发现,如 钨金瓦结构的滑动轴承具有运行平稳,不易 出故障,检查,检修,更换方便,可靠性强而 深得检修人员的青眯.但同时,钨金瓦轴头 甩油的问题也非常突出,一方面大量甩油造 成许多不必要的浪费.同时,个别甩油严重 的钨金瓦其运行的可靠性将大打折扣,经常 出现被迫停机处理的情况,从而导致发电机 组的停发或少发,每年由此造成的直接或间 接经济损失达数百万元.下面,作者将就钨 金瓦轴头甩油的原因及解决办法给予详细 说明,谨供同行们参考. 2钨金瓦轴头甩油问题的原因分析 我厂引风机的钨金瓦均采用对开式结 构.钨金瓦的润滑是靠两只环状油环转动 带油.上,下钨金瓦面两侧由人工刮削而形 成”油舌”,使钨金瓦径向变成椭圆,理论上 讲椭圆形轴承可以提高润滑油油膜的刚度. 同时”油舌”还可以使润滑能顺畅均匀地注 热电技术1999年第1期(总第61期) 满钨金瓦瓦面,形成油膜.根据流体动力润 滑理论可知,当主轴转速及轴承比压满足一 定条件时,油膜能将轴颈抬起并承受相当大 的载荷,因此在正常运行时,轴颈和轴承两 相对运动表面被油膜分开,轴颈实际上是浮 在油膜上进行工作.我们认为钨金瓦的轴 头甩油的原因与运行中带压油膜有关. 钨金瓦在正常工作中带压油膜要向钨 金瓦两侧端头形成大量侧漏,大量润滑油因 为本身具有一定粘度,会吸附在轴径上而随 主轴做高速旋转运动.相当一部分润滑油 在脱离开轴瓦壳体后,在离心力的作用下会 被抛离主轴.如果此时,钨金瓦壳体与轴瓦 箱体之间有足够大的轴向空间的话,那么将 没有机会溢到箱体外侧,轴头甩油现象会消 失.但事实上,前面提及的足够大的轴向空 间是一个很大数值,完全满足是很不现实 的,因为它违背了机械零件的基本设计原 则,因此钨金瓦轴头甩油问题有它存在的必 然性和绝对性,只不过在程度上略有差异而 已.我厂引风机的钨金瓦结构由于原设计 中存在着明显的不足,其钨金瓦的结构过于 紧凑,钨金瓦与轴瓦箱体内壁轴向距离太 小,一般仅有10—15rrma如图1示,所以轴 头甩油现象相当突出. 1轴肩2轴3钨金瓦壳4钨金层 圈1改造前结构 38 3钨金瓦轴头甩油问题解决办法 鉴于上述分析,我们先后制定出两套解 决钨金瓦轴头甩油问题的.方案一,在 钨金瓦的转动部件(轴或轴肩)与静止部件 (轴瓦箱体)安装抛油及收油装置,如图2 示.固定在轴肩上的抛油盘,阻滞住侧漏的 润滑油,在离tk,力的作用下部分润槽油会1梏 抛油盘径向攀升,此后绝大多数的润滑油将 被抛离转轴,直接或沿轴瓦箱体内壁回到油 室.为提高装置可靠性,在静止部件(轴瓦 箱体)上设计了收油器,收油器探人抛油盘 内3—5mm.可以巧妙地收集飞溅或没来得 及抛出的润滑油,防止这部分油二次回落至 主轴上,产生轴头甩油.该装置理论上讲可 以完全控制轴头甩油问题的再度出现.为 此,我厂相继在二台引风机的轴瓦上进行试 验性的安装.发现存在如下问题: l,2轴3收油圈4.甩油圈 5瓦壳6.瓦座7.钨金层 图2方案l结构圈 3,1正如前文提到的原因,钨金瓦壳与轴 瓦箱体间的轴向空间过于拥挤,使装置在安 装时遇到相当大的困难.首先是间隙值小. 当设备运转后由于热态下主轴受热膨胀,产 生,定位移,会发生抛油盘与收油器之阃的 摩擦现象,严重时还会因摩擦而导致出现轴 孙晓东:引风机钨金瓦轴头皤油问题皓分析与榷培办社 瓦过热,威胁到轴瓦的安全稳定运行.其 次,间隙值大,会使整个装置失去作用.达不 到理想的设计要求.最后,由于各个轴瓦之 间的差异较大,使该装置的在设计尺寸没法 统一,因此装置的互换性较差.经多次现场 试验观察,该装置在防止钨金瓦轴头甩油问 题上效果并不理想,成功率不高,这主要与 装置的装配精度有关. 3.2我们遇到的最大难题,还是装置的固 定问题.该装置中抛油盘需固定在轴肩上, 收油器则需固定在轴瓦箱体内壁上.我们 常用的较为可靠的固定方法不外乎两种: a一种方案是采用内螺纹紧固的办 法.但此方法,须在轴房上钻孔攻丝,轴肩 上钻孔攻丝会使主轴加工部位处产生应力 集中.对设备的正常运行构成威胁,潜在的 风险较大.另一种是采用焊接的办法.但 不可忽视的是,一般用来制造主轴的材料多 采用30,4o,45号等优质中碳钢.理论上 讲,中碳钢的焊接性能较差,主要表现为焊 接母材易产生裂纹,这是转机检修与运行中 的一大忌.同样作为轴瓦箱体材质的HT20 — 4o,其焊接性能同样不佳.综上所述,方 案一在推广应用价值上将大打折扣. b另一种方案是在保持钨金瓦轴向尺 寸基本结构不变的情况下,在钨金瓦靠近两 侧端面妁钨金面处各开出一道甩油槽.两 甩油槽之间的钨金面内孔尺寸,按轴颈与钨 金瓦配合要求尺寸进行加工.甩油槽外侧 钨金面内孔尺寸加大0.50n~n.同时,下瓦 甩油槽底部加工2至3个回油孔,如图3 示.这样改进后,使钨金瓦有教轴向尺寸变 小,由原设计的316ram减少到20Often左右. 钨金瓦与轴瓦箱体内壁的轴向空间相对加 大,由原来的10—15trma.增加至60,85ram, 增加后的轴向距离经现场测试完全可以满 足带压油膜侧漏后全部抛离转轴而回到油 轴肩2.轴3回油孔4.甩油槽 5.钨金屠6.轴瓦座7.瓦壳 囤3方案2结构图 室的空间需要.同时该方案克服了方案一 中,互换性差,装配复杂,效果不稳定等不足 之处.轴瓦结构简单,装配工艺与原轴瓦的 装配完全一致,并且在防止轴头甩油问题效 果良好稳定,使其在推广及应用等方面有着 独到的优势.可以说,该方案成功地解决轴 头甩油问题.但改进后轴瓦有效的作用面 积比原设计减少了约37%,能否满足实际 运行需要,还需要进行理论校核和实际试验 加以验证. 理论校核,根据液体摩擦向C轴承的设 计原理计算如下: z20×2d=150ramI1=5901-/minP =75000N1=200/lqflrl 1.轴承长预比为:1=器=詈 2.计算轴承比压值:P== =2.5MPa 3.求轴颈的圆周速度v: V:6—01000=丛60IO00=4.63】5一×一×一ujJJ (m/s) 4.求最小油膜厚度h一 39, 热电被术1999年第1期(总第61期) 接通用机械的轴承平均直径问隙计算 公式,求得其平均直径问隙值为: ?:0.00ld+0.09_5=0.001×150+0. 025=0.175nma.取?=025nma 故相对间隙:中=舍:=0.oo1666 承载量系数:C== 一 2X0034246315X02—03艘5 . ×..,… (其中?表示50?润滑油的动力粘度, 一 O.034) 根据C和1,d之值,由手册中查出相对 偏心距x=0.765,求出最小油膜厚度:’ h=(1一X)=15012×0.001666X(1 一 o.765)=o.02936mm. 5.求轴承温度 因角速度:—2zr面~5—90=61. 75(rad/s) 所以,轴瓦摩擦系数f:导-业+0p 55q, = :_):+o.55×o.001666oo01666 X250000一-l,. =0.0025 根据x=081和d=4/3,由耗油量系 数曲线,查得:o115.取润滑油的比 热c=l800(j,kl5?),密度p=研O(kg,),轴 瓦散热系数: = 80(w-?) ({)p 于是得温升?=一 W( — ~v ~d ld — )一 +Tq ()x2500000O0,O .1666一 一 1800x87o×0.1J5+ —— 40 =l7.71262 设润滑油的平均温度L:50?,则人口 温度tI:tln一?t/2 =5o一17.71262/2=41.144?. 因为t,:41.144?>35—40?,说明改 进后轴承热平衡易于建立.轴承的承载能 力尚未用尽,完全可以满足其可靠性要求和 热平衡要求. 许多读者在此要提出疑问,既然轴瓦轴 向尺寸缩小可以满足强度要求,那么为什么 不直接将轴瓦加工成适当尺寸的轴瓦呢,这 里我们主要考虑以下两方面的原因: 1,承受轴向载荷的需要,在靠电机一侧 的轴瓦我们称为承力轴承,它不仅用来承受 风机工作中产生的径向载荷,而且还要承受 相应的轴向载荷.轴向载荷的传递是通过 主轴上设计的推力台(轴肩)与轴瓦的两侧 端面之间来实现,囡此必须保证推力台与轴 瓦端面之间必要的轴向配合.所以轴瓦两 侧端面间的距离应按原设计加工不宜改变. 2,如上所述,单纯缩短轴瓦轴向尺寸, 整个轴瓦结构改动较大,同时主轴也需重新 设计加工,显然改造投资将成倍增加,得不 偿失.经过一段时间的准备工作我厂于96 年末1号炉引风机上进行了方案二的现场 实验.经三个月左右的连续运行,机器运转 平稳,轴头甩池现象诮失.之后,我们利用 机组大,小修的机会相继对所属设备95% 以上的钨金瓦进行了结构改进,无论运行效 果还是检修装配过程中均未见异常,效果令 人满意. 参考文献 1《机械零件》高等教育出版社(1992年) 2《锅炉设备检修技术》水利电力出版杜