大型離心風機葉輪軸與軸承失效分析(1)

作者：石家莊風機　　　　　日期：2014-9-16　　　　　瀏覽：1589　　　　　

    探討某火力發電廠風機事故原因, 計算風機軸承在正常工作載荷下的使用壽命, 用 ANSYS 軟件對風機軸的應力與臨界轉速進行分析; 結果表明, 風機軸設計與軸承選用符合設計要求, 風機事故的主要原因是安裝時軸承箱對軸與軸承產生了附加載荷.

    某火力發電廠 3 # 、 4 # 一次風機采用離心式通風機, 風機基本結構見圖 1 所示。電機額定功率 800 kW, 額定轉速 1 480 r/ min。自 1996 年3 #機組投產至 2003 年, 3 # 爐一次風機軸承檢修 14次, 更換軸承 20 套, 校軸 2 次。1998 年 4 # 機組投產以來, 4 # 爐一次風機軸承檢修 8 次, 更換軸承15 套, 校軸 2 次, 更換軸 1 次。二期一次風機軸承共檢修 22 次, 更換軸承 35 套, 校軸 4 次, 更換軸 1 次。軸承的溫度高達 116150e , 平均使用壽命為 0. 92 年, 軸彎曲的最大變形達到了 0. 50mm。一次風機是鍋爐的重要輔機, 出現事故直接關系到機組的負荷與安全運行, 嚴重影響了電廠效益與生產計劃。

    一次風機事故主要是風機軸與軸承的失效,為了保證一次風機能夠安全、 穩定運行, 需要對風機軸與軸承的失效進行分析, 為風機改造提供依據, 提高風機軸與軸承的使用壽命。

    3 # 、 4 # 風機軸承均為德國產的雙列向心球面滾子軸承, 外滾圈薄, 滾柱直徑, 軸承比壓較小, 易于潤滑, 而且軸承的金相分析、 成分分析、 硬度測試等方面都符合要求。風機正常工作時, 軸承主要承受軸、 葉輪、 聯軸器的重量、 風機工作時的軸向力以及旋轉部件的不平衡力, 見圖 1 所示。

 

 

 

 

    在制造與安裝風機葉片與軸時, 質心與軸線間存在一定的偏移量, 通常要求動平衡試驗精度達到 6. 3級, 最大偏心距允許 010406 mm。按偏心距和額定轉速計算不平衡載荷( 離心力, 式( 1)中的 mX2e 項) 。根據作用在平衡物體上力的總和為零, 力矩總和為零, 建立方程組:

 

 

 

 

    以上計算結果表明, 軸承的正常使用壽命可以達到 3. 66 年, 遠大于實際使用壽命( 平均 0. 92年) 。因此, 在正常載荷條件下, 軸承不會過早失效。實際中, 風機軸承的失效形式主要是損壞與燒毀, 而且兩端軸承失效的概率基本相同。載荷過大, 潤滑效果不好, 安裝不佳( 見 2. 3) 等都可能導致軸承的損壞。

    失效主要發生在軸承 A 附近直徑為 115 mm的軸段, 主要的失效形式是彎曲變形, 沒有出現裂紋、 撕脫等。由于石家莊風機各軸段直徑不一, 存在軸肩, 進行有限元分析時, 無法采用簡單的 ANSYS 命令直接進行建模與劃分網格 [ 2] 。現根據軸的實際結構與失效部位, 對風機軸模型作如下簡化。

1) 風機的軸承為雙列向心球面滾子軸承, 剛度較大, 視為剛性支承。

2) 風機軸承要承受一定的軸向載荷, 建立模型時, 在其承受軸向力一側施加軸向約束。

3) 風機軸的實際彎曲損壞都發生在軸承 A側附近, 為方便分析, 將另一側直徑變化較小的軸段視為等直徑軸段。

4) 為了簡化分析模型, 將軸承所受的動載荷轉化為靜載荷。同時, 將風機葉輪、 聯軸器與軸的重量作為外力施加在模型上。