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电机的轴承为啥会发烧?


[中华轴承网] 2018/12/5 作者:中华轴承网

生产中经常会遇到滚动轴承“发烧”的情况,如果原因分析不清楚、处理不及时、措施不妥当,往往会事倍功半,甚至会造成轴承烧坏、减速机打齿等恶性事故。

下面说说在生产调试过程中遇到的几则典型案例,分别针对设计、安装、润滑、装配等环节存在的具体问题进行分析总结,供大家参考。



 

润滑不当造成的轴承发烧

1、轴承润滑部位设计存在先天不足

ZB公司的1号窑窑头过剩风机在03年(投产初期)曾经发生多次轴承烧坏事故,后经现场排查,发现轴承座的油标设计有问题。

当油位在油标下刻线的时候,实际测量,轴承的最低一排滚珠刚刚接触到油面,只有当油位显示在上刻度线的情况下,才能满足运转需要。

当油位接近下刻线时润滑状况恶化,起初是轴承温度缓慢升高,现场人员对于轴承发烧报警并没引起足够重视,温升一旦达到一定程度便会在非常短的时间内急剧升高而烧坏轴承。所以油标标示不正确会给巡检维护人员造成误导。查清原因后,重新划定了加油标准线。

还有一个例子是CL公司的回转窑减速机高速轴轴承,开机后仅2~3个小时轴承就突然冒烟了。事后分析这一事故的原因是高速轴轴承座内回油孔太低,油管过来的油大多数直接从回油孔流进减速箱了。调整了回油孔的角度,使轴承座内保持一定的油位后,运行正常。

2、润滑油管被异物堵塞

由于润滑管理不严格,加油换油过程中容器较脏或者管路焊接酸洗不规范,造成焊渣铁锈等杂物进入油管、进而堵塞油孔的情况,在前期工程中比较多见。

比如ZB公司的生料磨减速机因为油路被堵烧轴承,TH公司的水泥磨减速机同样是油路被棉纱堵塞造成轴承长期高温等。特别提出的是TH公司减速机高速轴轴承检查油量时,始终看不清高速轴承里到底能够加进多少油去,等彻底拆除油管用高压空气清吹后,才发现里面堵了两根细棉绳!

另外,TH公司在更换减速机轴承的过程中,还发现轴承偏心套进油孔太细(偏心套的油孔可以比轴承自身的油孔直径大一个规格),因此将油孔进行了扩孔处理。

由于硬齿面减速机各部位的轴承普遍采用稀油站强制润滑,各润滑点油管为并联关系,从总的上油量和回油量观察时很难发现个别油管的堵塞现象,因此有经验的维护人员会仔细检查每根油管的温度情况,根据油管的温差判断油路是否畅通。一般不过油的油管温度较其它管路偏低。

PY公司的巡检人员就曾发现窑中减速机高速轴油管温度低并最终确认油管堵塞的严重隐患,从而避免了一次重大事故。

3、润滑油(脂)变质或加油不及时

滚动轴承使用的润滑油(或润滑脂)都有一定的工作温度,当温度过高、轴承座内进水、进灰时就会发生严重氧化、乳化等变质,从而失去润滑作用,使轴承因高温而烧损。另外,润滑油(或润滑脂)本身质地不良或运行中加油(脂)不及时,也是常见现象,比如皮带机托辊轴承进雨水、回转下料器轴承和富勒泵轴承进煤粉或生料粉,都会造成轴承温度升高或产生异声。

4、润滑管路的冷却器结垢堵塞,致使冷却效果变差

特别是夏季生产,此问题尤其普遍,个别厂家不惜加大或并串联冷却器来加强冷却效果。因为高温风机冷却器结垢严重,轴承温度过高频繁报警的情况在各分公司都曾遇到。比较有效的处理办法是每年入夏之前对冷却器进行酸洗除垢。

安装不当引起的轴承发热



 

1、设计膨胀量不足引起的轴承发烧

这种情况在大型风机和破碎机等长轴类设备上较容易发生,这也是设备设计制造和安装维修人员比较容易忽略的环节。

典型案例CX公司的回转窑后排风机,投产初期曾出现风机自由端轴承剧烈发热现象,因为工况状态下转子主轴热膨胀后与轴承端盖发生剧烈摩擦,很短的时间内所产生的高温就将轴承座端盖和转子主轴端面融焊在一起。

所以新风机安装验收时要注意核算自由端的轴承轴向间隙是否能满足工况条件的膨胀量要求。

计算轴类膨胀量的方法很简单:

△L=L×(t-t0)×0.000012

式中:△L—轴的膨胀量;mm;

L—轴承座之间的轴长度;mm;

t—工况温度;℃;

t0—设备安装时的环境温度;℃。

需要说明的是,在夏季安装时还要考虑设备在冬季时的收缩量,这一点对于北方地区尤其要注意。一般讲北方寒冷地区冬夏两季的环境温差最大能达到80℃,如果长度是3m的轴在夏天安装,冬天的最大收缩量(停机时)就能接近3mm。

2、安装歪斜造成的轴承发烧

轴承安装歪斜,会造成滚珠不在轴承滚道的正确位置滚动,甚至引起较大的滚珠端面与轴承座内座圈和外座圈挡台的轴向力,造成轴承过热。

轴承不正的情况排查起来比较费功夫,LY公司的石灰石破碎机轴承发热即是这种情况,解决方法是将百分表吸在轴上,表针打在轴承外圈端面,检查一周端面跳动,一般端面跳动值控制在0.05以内。也可以用塞尺直接检查轴承左右侧面的游隙。

3、轴承本身装配不当引起的发烧

(1)配合不当

轴承内孔与轴的配合采用基孔制,轴承外圆与轴承座孔的配合采用基轴制。一般在正常负荷情况下轴与轴承内座圈,采用j5,js5,js6,k5,k6,m6配合,轴承座孔与轴承外座圈采用j6,j7配合。旋转的座圈,通常采用过盈配合,能在负荷作用下避免座圈在轴径和轴承座孔的配合表面上发生滚动和滑动。

但有时由于轴径和轴承座孔的尺寸测量不精确或配合面粗糙度未达到标准要求,造成过大的过盈配合,使轴承座圈受到很大挤压,从而导致轴承本身的径向间隙减少,使轴承转动困难、发热,磨损加剧或卡死,严重时会造成轴承内外座圈在安装时开裂。

不旋转座圈常采用间隙或过盈不大的配合,这样不旋转座圈就有可能产生微小的爬动,而使座圈与滚动体的接触面不断更换,座圈滚道磨损均匀。

同时也可以消除轴因热伸长而使轴承中滚动体发生轴向卡住的现象。但过大的间隙配合,会使不旋转座圈随滚动体一同转动,致使轴(或轴承座孔)与内座圈(或外座圈)发生严重磨损,而出现摩擦使轴承发热、振动。

TH公司的水泥磨减速机在更换新轴承后仅运转两个多小时就又被烧坏,起初是因为用于固定轴承的偏心套与轴承外座圈之间间隙太大造成了减速机震动,维修时在偏心套内表面砸了许多麻点,同时又涂抹了固齿胶,造成轴承外座圈无法产生轴向位移,从而不能满足轴的膨胀要求而被烧坏。

(2)装配方法不当

轴承和轴径或轴承座孔的过盈较小时,多采用压入法装配。最简单的方法是利用铜棒和手锤,按一定的顺序对称地敲打轴承带过盈配合的座圈,使轴承顺利压入。

另外,也可用软金属制的套管借手锤打入或压力机压入。若操作不当,则会使座圈变形开裂,或者手锤打在非过盈配合的座圈上,则会使滚道和滚动体产生压痕或轴承间接被破坏。

(3)装配时温度控制不当

滚动轴承在装配时,若其与轴径的过盈较大,一般采用热装法装配。即将轴承放入盛有机油的油桶中,机油桶外部用热水或火焰加热,工艺要求加热的油温控制在80℃~90℃,一般不会超过100℃,最多不会超过120℃。

轴承加热后迅速取出套装在轴颈上。若温度控制不当造成加热温度过高,则会使轴承产生回火而致硬度降低,运行中轴承就易磨损、剥落、温升过快甚至开裂。

需要注意的是,用油“煮”轴承时,轴承应平放在油桶内,并且在轴承与筒底之间垫一件高度约50mm的木块或钢筋支架,加温时配合红外线测温仪或温度计控制油温。由于油浴加热方法对于轴承膨胀量的测量和温度控制以及安装等环节都不方便,建议采用电磁感应加热器更为妥当。

(4)装配时对轴承间隙调整不当

滚动轴承的间隙分为径向间隙和轴向间隙,其功用是保证滚动体的正常运转和润滑以及补偿热伸长。

对于间隙可调整的轴承而言,因其轴向间隙和径向间隙之间有正比例的关系,所以安装是只要调整好轴向间隙就可获得所需的径向间隙,而且它们一般都是成对使用的(即装在轴的两端或一端),因此,只需要调整一只轴承的轴向间隙即可。

但对于减速机而言,调整轴承间隙时应注意齿面啮合情况。一般用垫片(压铅丝法)调整轴向间隙,有的也可用螺钉或止推环调整。

如果间隙调整过大或者运行过程中减速机端盖松动造成轴承间隙过大,不但会造成轴承自身振动大、噪音大、保持架易损坏等问题,还会进一步造成齿面啮合不正造成减速机打齿事故。如DY公司的2号窑中减速机,SS公司1号窑煤磨减速机的打齿事故主要是因为轴承轴向间隙过大,齿面啮合不正造成的。

对于间隙不可调整的滚动轴承,因其径向间隙在制造时就已按标准确定好了,不能进行调整,此类轴承装在轴径上或轴承座孔内之后,实际的径向间隙称为装配径向间隙,装配时要使装配径向间隙的大小恰好能在运转中造成必要的工作径向间隙,以保证轴承灵活转动。

此类轴承在工作时,由于轴在温度升高时受热伸长而使其内处座圈发生相对位移,从而使轴承的径向间隙减少,甚至使滚动体在内外座圈间卡住。若将双支承滚动轴承中的一个轴承(另一个轴承固定在轴上和轴承座中)和侧盖间留出轴向间隙,可避免上述现象。

比较典型的例子是PY公司的2号篦冷机9号风机。一个月内更换了8盘轴承,最后怀疑轴承质量不好,改成进口轴承,仍无济于事。

真正原因是维修人员更换轴承时将加在上下轴承座间的垫片弄丢了,这样压紧上盖后,轴承外圈变形被压扁,径向间隙变小或几乎为零,轴承一旦运行生热,膨胀受阻便会因急剧高温而烧坏,最严重的时候几乎运行一两个小时轴承便被烧坏。

对该风机轴承压铅丝检查后,发现轴承座配合面各个部位的过赢量差别很大,最多的部位加了0.23mm垫片,最少的部位几乎没有增加垫片,只靠涂密封胶来补偿。轴承游隙合适后,运行温度40℃左右,一切正常。

4、联轴器对中不好也会造成轴承发热或失效

大多数运转设备的输入轴是通过联轴器与动力轴相连接,因此装配时必须进行联轴器的找正,使主动轴与从动轴在同一轴线上。电机瓦的发热80%是由于对中不好造成的。如PY公司生料磨减速机电机瓦。

XC公司的水泥磨减速机联轴器本身加工误差太大,造成对中不好,电机轴承温度高,设备振动大。另外在联轴器安装过程中一定要注意主动端和从动端两半联轴器的相对位置标记,避免柱销孔偏差太大,造成柱销安装过紧的现象。

转子不平衡



 

有些转子在运行过程中由于受到介质的腐蚀或固体杂质的磨损,或者是轴出现弯曲,就会导致产生不平衡的离心力,从而使轴承发热、振动,滚道严重磨损,直至破坏。这一点对于磨机系统内的循环风机尤为重要。由于叶轮磨损较严重,磨损后转子平衡性较差,风机震动较大,往往会造成轴承提前失效。

检查更换不及时

轴承如发现严重的疲劳剥落、氧化锈蚀、磨损的凹坑、裂纹、硬度降低到HRC<60,或有过大噪音无法调整时,应及时更换。若检查、更换不及时,则会造成轴承出现发热、异声、振动等情况甚至转子的严重破坏,从而影响正常的生产。另外,轴承拆卸不当、设备地脚螺栓松动造成的振动,也会导致轴承滚道和滚动体产生压痕,轴承内、外座圈的开裂。轴承运行过程中,应按规定周期进行检查。

轴承质量不良

滚动轴承零件以点接触或线接触的形式,在高的交变接触应力下长期工作。主机的精度、寿命和可靠性很大程度上决定于轴承。不论是普通轴承还是特种专用轴承,主机对其寿命、性能和可靠性都提出很高的要求。因此在轴承的采购验收环节中一定要注意检查,首先要采用正规名牌厂家的产品,关键部位甚至采用原装进口轴承,比如SKF轴承,NSK轴承,TIMKEN轴承与FAG轴承。特殊部位应进行特殊设计,比如辊压机和立磨磨辊的轴承。

PY公司和JY公司的辊轧机轴承虽然经过特殊订货,但因国内大型轴承制造质量不稳定,还是出现了滚圈内表面点蚀剥落现象,造成轴承发烧,辊压机频繁跳停的事故。

轴承选型不当

选用轴承时应注意该轴承的极限转速、负载能力,不能超转速、超负荷使用。

综合因素造成的轴承发热

AQ公司一期后排风机(型号:Y6-2x40-14NO30F)因为轴承频繁发热问题曾经影响生产。这件事情的最终解决历时两年多时间,直接费用30余万元。

起初是因为叶轮自由端轴承发烧造成轴承内圈过热与轴熔焊在一起,现场用砂轮修整轴颈后维持生产,因为担心该部位存在配合不好(风机振动偏大)会给生产造成长期隐患,大修时又重新更换了转子主轴和轴承座。更换后先是自由端轴承发热,后是联轴器侧轴承发热,开机半小时左右温升便急剧达到80余℃。反复多次,造成窑系统无法正常运行。其发生问题的主要原因分析如下:

1、初期自由端轴承发热并烧坏的主要原因是外座圈压的比较紧,轴承无法随着主轴的膨胀产生轴向位移。另一原因是内座圈与轴之间的实际配合过盈量不足(或者已成为过渡配合)。当系统气体温升变化幅度较小时轴承只是轻微微发热,并不影响运转。但如果工艺系统操作异常,气体温度过高,则造成膨胀量不足。内圈与轴之间产生滑动,并烧坏粘连。

2、更换转子主轴和自由端轴承座后自由端轴承发热是因为瓦座加工时结合面尖角未倒钝,轴承安装后造成“夹帮”现象。对于新轴承座应该注意装配时的检查,必要时按照“刮瓦”的要求进行处理。

3、联轴器侧轴承发热是因为轴承和主轴的垂直度不好,外座圈偏斜,滚珠运行位置不正。因为是旧轴承,一旦轴温异常,轴承位置变化较大,偏离原先的滚道位置,便会造成发热。另外在风机运行过程中电机的底座顶丝座顶歪,电机位移,造成联轴器对中精度差,也是重要原因之一。

4、轴承座回油管较细,冬季温度较低,回油变慢,因为怕轴承座轴向漏油,岗位人员减少了轴承给油量。客观上减少了轴承润滑油的供油量和循环量,也是轴承温升过快的一个重要原因。针对这一情况我们在现场调高了供油压力。(减少了油站安全阀处回油管阀门的开度)

结论

中控操作和现场巡检人员对于设备轴承温升的异常情况应引起足够警觉,它是轴承和设备产生故障的先期信号,如果处理滞后、方法不当,将会使状态进一步恶化,造成重大事故。因此设备操作和维护人员应该注意观察轴承的温度曲线和报警信息,并结合振动监测等手段,尤其要注意找到轴承发烧的真正原因,才能彻底消除设备隐患。

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