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热媒炉风机轴承座的改造

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贾永进

(科思创聚合物(中国)有限公司)

  【摘 要】主要分析原先德国进口60B01风机剖分式轴承座设计上的不足及使用过程中故障频发的原因,设计了新的整体式轴承座,选择了合适的金属材料和制造工艺。改造后,风机运行平稳,轴承润滑良好。经过连续三年的运行测评,其可靠性得到高度认可,维修成本大大降低,也彻底解决了过去故障频发等一系列问题,工厂稳定运营,取得了较好的经济效益。

  主要分析进口60B01风机是瓶级切片事业部60K01热媒炉的重要附属设备,它的稳定运行是保证热媒炉乃至整个聚酯生产线稳定运行的前提。由于多年连续运行,风机故障频发,主要表现在:轴承座磨损,导致轴承跑外圈,轴承座密封失效漏润滑油,轴承烧毁现象时有发生。60B01风机轴承座和传动轴采购周期长、价格昂贵,如果风机频繁出现故障,则没有足够的备件可换,这给热媒炉的连续稳定运行带来了严重的隐患。每次因漏油、跑外圈导致轴承烧毁,都会使检修人员工作量大大增加,又影响工作环境,因此大胆提出将60B01轴承座的改造作为稳定生产、保证设备正常运行的重要措施。

  心风机工作原理如下:气体轴向进入离心风机内,当气体通过旋转叶轮的流道时,由于叶片的作用,叶轮对气体做功产生巨大的离心力,使气体获得能量(静压和动能)。气体压力提高和动能增加后突然转变为垂直于风机轴的径向运动,当气体获得的能量足以克服其阻力时,则可将气体输送到高处或远处。

离心风机主要由叶轮、机壳、轴封、前导器、传动部件等部分组成。

  风机的故障原因有出口压力不足,振动大,叶轮、轴承损坏,轴封泄漏等。本文只介绍风机轴承座的故障。

  1 风机轴承座故障原因分析

  1.1轴承座的作用

  进口60B01风机轴承座原来是一种剖分式结构(图1),在风机中主要起连接电机、支撑叶轮、传动作用。与悬臂式风机相比具有保护电机,减少振动,防止因轴承损坏而导致电机烧毁的作用。


  1.2故障原因分析

  60B01轴承座损坏频繁,是造成风机故障的主要原因。该风机轴承座结构在原设计上存在着一些问题,它采用的是部分式结构,两只滚动轴承(NU214)分别固定在传动轴两端的两个剖分轴承座之间,轴承外圈靠卡簧定位,内圈靠锁紧螺母锁紧锥形轴套达到在轴上固定的目的。

  (1)设计缺陷。轴承外圈用两个挡圈固定,配合间隙较大,轴承有较大的窜动余量,轴承与轴承座相对运动摩擦,造成轴承跑外圈,一旦轴承跑外圈必然导致风机振动增大,噪声增大,轴承损坏加剧。同时,轴承游隙得不到精确调整,振动较大。

  (2)安装精度达不到要求。由于轴承座是剖分式结构且采用油润滑方式,两半轴瓦之间使用石棉垫片密封,石棉垫片具有较大的压缩量,轴瓦与轴承外圈的配合公差得不到精确保证,有时会出现轴承外圈压不紧的情况,进而直接导致轴承跑外圈。

  (3)轴承座漏油。该轴承座油标为玻璃管,采用油毡密封,由于是剖分式结构,静密封点多,极易漏油。漏油严重会导致轴承缺油,轴承润滑不良会加剧轴承滚道及滚子磨损,使振动增大,从而造成轴承损坏。

  (4)备件价格昂贵,库存少。该备件需进口,价格极其昂贵,并且采购周期较长,风机频繁故障时则无备件可用,在极端故障情况下给快速恢复生产带来了巨大挑战。

  2 改造方案及实施步骤

  2.1改造方案

  一方面依据该设备的安装位置,设计并加工一根新轴,使其一端满足与风机叶轮、蜗壳的连接配合,另一端满足与联轴节的连接配合;设计并加工一只轴承座,改剖分式为整体式。另一方面改原先的油润滑方式为脂润滑方式,采用2#锂基进行润滑,轴承内侧增设挡油环。

  2.2实施步骤

  在一致性和利旧的原则下进行改造。

  2.2.1风机轴承座体的改造思路与设计

  (1)原60B01轴承座的中心高为110mm,改造后的中心高与原先一致,能保证安装的一步到位,不需要附加任何垫片。为此,在设计中保持轴承座110mm的中心高。

  (2)选7314向心推力轴承,要求轴承与准150mm轴承座孔相配,轴承座孔的尺寸公差为+0.01~+0.03mm(图2)。考虑到风机运行中轴承既要承受轴向力,又要承受径向力,故选用向心推力球轴承。轴承座孔准150mm的选用,主要考虑轴承热装于轴上冷却后,内圈与轴为过盈配合,整体装入轴承座后,轴承外圈与轴承座孔为间隙配合。其中叶轮端靠轴承压盖压紧轴承外圈,联轴节端靠轴承压盖压紧一弹簧垫片,靠弹簧垫片的弹力实现滚动轴承的轴向预紧,减少游隙(滚动轴承的游隙在轴承工作时因内外圈温升而减小,因工作负荷作用,滚动体与套圈会产生弹性变形而使游隙增大,有时游隙突然变化,会大大降低轴的刚度和旋转精度,引起风机的振动和噪声,受风机出口仪表调节风门开闭的影响,振动、噪声尤为明显)。


  (3)使轴承座的四个地脚螺栓与原轴承座螺栓孔位置一致,避免在原基础上钻孔、攻丝。

  (4)轴承座的材质选用HT250。HT250为珠光体灰口铸铁,有较高的强度,耐磨性、耐热性、减震性良好,铸造性较好,适宜制造轴承座。铸造时不得有砂眼、气孔、裂纹,铸件做时效处理。

  2.2.2传动轴的改造思路与设计

  (1)新轴的设计在长度上与旧轴一致,便于改造后安装,减少机体的调整。在传动轴的结构上做较大的改变(图3)。


  (2)在风机叶轮安装端轴颈准45mm处与轴准70mm中间处设立准55mm轴径,此处是轴与风机蜗壳的密封部位,同时避免准45mm轴径与准70mm轴径直接相接,减小由于同一轴上轴径悬殊而引起的扭转应力集中,避免传动轴剪切断裂现象的发生。

  (3)为继续使用原风机叶轮和联轴节,设计中使新轴两端尺寸与之相匹配,采用基孔制过渡配合。

  (4)两轴承安装准70mm轴颈处的同轴度要求为0.01mm,便于轴承安装,更主要的是避免因同轴度相差太大引起风机振动,造成轴承损坏。

  (5)准70k6轴两处经对轴承的轴向预紧量、轴在轴承座中允许最大轴向窜动量≤0.8mm等因素的综合考虑,通过尺寸链的计算最终两轴承安装准70mm处的长度分别为74mm、78mm。

  (6)风机轴材质选用45#钢,调质处理。

  2.2.3轴承座的润滑与密封

  将原先的油润滑方式改为脂润滑方式,考虑到现场风机露天工作条件和状况,采用2#锂基脂,在轴承座上增设两个加油孔、两个排油孔,在轴承背后设计挡油环,传动轴轴封采用油毡密封,杜绝润滑脂泄漏,以保证轴承的润滑效果(图4)。


  3 结语

  改造后的60B01风机轴承座与原先的轴承座相比结构更简单,检修、安装、定位方便,经在60B01.1、60B01.2、60B01.3位置连续三年的考验,风机运行电流普遍较以前低2~4A,彻底解决了过去故障频发等一系列问题,为热媒炉的稳定运行提供了可靠保证。

  新轴承座在改造过程中,坚持能利用的零部件尽可能利用的原则,避免了全部设备更新带来的资金浪费。原先一套新进口的轴承座需十多万元,而每台风机轴承座的改造费用仅需一万元,三台可减少备件费用三十多万元。

  本次改造取得了一定成绩,得到了本单位领导和技术同事的大力支持,充分体现了团队合作精神,也为其他设备改造提高可靠性、增大产能、降低维修成本打下了坚实基础,坚定了技术信心。但风机故障多变,因此对我们技术人员提出了更高的要求,也需机、电、仪、管、操“五位一体”共同协作,才能更好地维护设备,确保稳定运行。以后我们会进一步探索利用状态监测技术,力争将故障消灭在萌芽状态,为设备的高可靠性稳定运行做出贡献。

来源:《机电信息》2019年12期