大型離心風(fēng)機(jī)葉輪軸與軸承失效分析(1)

作者：石家莊風(fēng)機(jī)　　　　　日期：2014-9-16　　　　　瀏覽：1536　　　　　

    探討某火力發(fā)電廠風(fēng)機(jī)事故原因, 計(jì)算風(fēng)機(jī)軸承在正常工作載荷下的使用壽命, 用 ANSYS 軟件對風(fēng)機(jī)軸的應(yīng)力與臨界轉(zhuǎn)速進(jìn)行分析; 結(jié)果表明, 風(fēng)機(jī)軸設(shè)計(jì)與軸承選用符合設(shè)計(jì)要求, 風(fēng)機(jī)事故的主要原因是安裝時(shí)軸承箱對軸與軸承產(chǎn)生了附加載荷.

    某火力發(fā)電廠 3 # 、 4 # 一次風(fēng)機(jī)采用離心式通風(fēng)機(jī), 風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)見圖 1 所示。電機(jī)額定功率 800 kW, 額定轉(zhuǎn)速 1 480 r/ min。自 1996 年3 #機(jī)組投產(chǎn)至 2003 年, 3 # 爐一次風(fēng)機(jī)軸承檢修 14次, 更換軸承 20 套, 校軸 2 次。1998 年 4 # 機(jī)組投產(chǎn)以來, 4 # 爐一次風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)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(dá) 116150e , 平均使用壽命為 0. 92 年, 軸彎曲的最大變形達(dá)到了 0. 50mm。一次風(fēng)機(jī)是鍋爐的重要輔機(jī), 出現(xiàn)事故直接關(guān)系到機(jī)組的負(fù)荷與安全運(yùn)行, 嚴(yán)重影響了電廠效益與生產(chǎn)計(jì)劃。

    一次風(fēng)機(jī)事故主要是風(fēng)機(jī)軸與軸承的失效,為了保證一次風(fēng)機(jī)能夠安全、 穩(wěn)定運(yùn)行, 需要對風(fēng)機(jī)軸與軸承的失效進(jìn)行分析, 為風(fēng)機(jī)改造提供依據(jù), 提高風(fēng)機(jī)軸與軸承的使用壽命。

    3 # 、 4 # 風(fēng)機(jī)軸承均為德國產(chǎn)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(fēng)機(jī)正常工作時(shí), 軸承主要承受軸、 葉輪、 聯(lián)軸器的重量、 風(fēng)機(jī)工作時(shí)的軸向力以及旋轉(zhuǎn)部件的不平衡力, 見圖 1 所示。

 

 

 

 

    在制造與安裝風(fēng)機(jī)葉片與軸時(shí), 質(zhì)心與軸線間存在一定的偏移量, 通常要求動(dòng)平衡試驗(yàn)精度達(dá)到 6. 3級, 最大偏心距允許 010406 mm。按偏心距和額定轉(zhuǎn)速計(jì)算不平衡載荷( 離心力, 式( 1)中的 mX2e 項(xiàng)) 。根據(jù)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(jì)算結(jié)果表明, 軸承的正常使用壽命可以達(dá)到 3. 66 年, 遠(yuǎn)大于實(shí)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(shí)際中, 風(fēng)機(jī)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(dǎo)致軸承的損壞。

    失效主要發(fā)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(xiàn)裂紋、 撕脫等。由于石家莊風(fēng)機(jī)各軸段直徑不一, 存在軸肩, 進(jìn)行有限元分析時(shí), 無法采用簡單的 ANSYS 命令直接進(jìn)行建模與劃分網(wǎng)格 [ 2] 。現(xiàn)根據(jù)軸的實(shí)際結(jié)構(gòu)與失效部位, 對風(fēng)機(jī)軸模型作如下簡化。

1) 風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)軸承要承受一定的軸向載荷, 建立模型時(shí), 在其承受軸向力一側(cè)施加軸向約束。

3) 風(fēng)機(jī)軸的實(shí)際彎曲損壞都發(fā)生在軸承 A側(cè)附近, 為方便分析, 將另一側(cè)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(dòng)載荷轉(zhuǎn)化為靜載荷。同時(shí), 將風(fēng)機(jī)葉輪、 聯(lián)軸器與軸的重量作為外力施加在模型上。