电机离合器空气分配轴承温度异常分析及处理_郑建军.pdf

内燃机与配件 电机离合器空气分配轴承温度异常分析及处理郑建军，陈国明，张连智，李银，胡文宣，卢勇宏，董倍源（中国核动力研究设计院一所，四川 夹江 ）摘要：空气分配器轴是某电机离合器的重要组成部分。在某次运行中，发现轴承壳体表面温度较高，轴承位置出现了冒烟现象，但轴承处的润滑油供油压力及进出口油温都正常。通过对空气分配器轴的结构分析，制定排查方案，找到了故障原因，采取相应的措施后，解决了问题，从而保证了该电机离合器的正常运行。关键词：空气分配器轴；温度；原因分析中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；作者简介：郑建军（），男，汉族，四川夹江人，工程师，本科，工作于中国核动力研究设计院第一研究所，汽轮机运行与设计。前言某电机离合器是动力传输系统的重要组成部件，其实现电机和输出轴按相关要求进行脱离或结合，并成功完成电机正倒车动力的传送。为实现电机与输出轴的脱离和结合，采用了离合器方式，而离合器采用了气胎结构。当离合器需要接合时，通过操作相应的操纵阀，使得高压空气沿管道进入空气分配器的充气室，并沿着配气轴的气道经空气分配器阀进入气胎，充气时，从而让气胎膨胀，高压空气使离合器内部摩擦片压紧鼓轮，实现电机与轴的接合；当离合器需要脱开时，通过操作相应的操纵阀，高压空气沿配气轴上的气到进入分配器阀的气室，在弹簧和空气压力的作用下推开配气轴法兰内的空气分配器阀，气胎内的空气沿相应气道排出完成放气，当放气时，气胎收缩，摩擦片靠自身的片弹簧弹性恢复力和离心力复位，实现电机与轴的脱离。为了给气胎进行充放气，采用了空气分配器轴结构。故障现象在某次电机负荷试验中，电机离合器处于接合状态，高速运行状态，空气分配器轴承处的润滑油进油压力一直维持在 ，滑油冷却器出口油温度在 ，电机运行了小时后，电机离合器空气分配器轴承处出现了冒烟现象，现场立即报告控制室后，装置降转速停机，随即通过红外线成像仪测量空气分配器左侧放气端端盖温度异常达到 ，空气分配器轴承中间部分盖体温度为 ，空 气 分 配 器 轴 承 右 侧 充 气 室 端 盖 端 盖 温 度 为 ，而空分分配器轴承回油温度在 ，始终正常范围内，满足其设计要求值。设备结构图空气分配轴为了给气胎进行充气放气，空气分配器轴上设置有两个气室，左侧为放气室，右侧为充气室，中间为轴承部分。左右气室分别位于两侧轴肩、各自的两个端面之间，结构如图空气分配轴。轴承部分安装有上、下轴瓦，轴瓦的轴向、径向间隙要求 。轴承用于之支承配气轴，并防止其产生相对壳体的轴向运动。轴承座安装与空气分配器底座上，可使空气分配器轴有微量的轴向移动，以弥补推力轴承正倒车时的轴向间隙。左右气室内都DOI:10.19475/ki.issn1674-957x.2023.04.016 年第期嵌入两套半密封环，半密封环为半圆形结构，橡木材质，每套共两块，如图半密封环。图半密封环（）图半密封环（）每两套半密封环之间夹持一钢制半环，钢制半环内装有一个橡胶制成的密封环。密封环有一定角度倾斜的人为切口，如图密封环切口图。密封环切开后，才能套入轴上，套入轴上后用特殊粘胶粘牢，如图密封环。图密封环切口图密封环钢制半环由两半合成，其由轴承盖和半端盖固定。钢制半环及密封环同一方位上有一个尺寸相同的径孔，孔内拧入空心柱塞供充放气使用，空气则通过其柱塞进入相应的气室。密封环两侧面部分最下端被制成锥形，并嵌入钢制半环的下端。开始充气时，密封环气室内的压缩空气在压力的作用下将半密封环紧压在轴肩端面上，从而使得气室被密封，空气则通过轴内空气流道进入离合器内部。装于轴肩槽内的半密封环，其径向间隙规定为 。半密封环的对接口与钢制半环的交接处要求为 。朝向轴承一面为工作表面。该面与轴肩的间隙规定为 。半密封环的外表面上有槽，槽内插入径向止动销，以防止钢制半环跟随轴一起旋转。而靠外侧的密封环用横向止动螺钉卡住。原因分析根据空气分配轴承的结构、系统运行介质情况对空气分配轴承温度升高的原因进行分析：密封环由于密封环两侧面部分最下端被制成锥形，并嵌入钢制半环的下端。密封环为橡胶材质，且密封环被 （为保证切口处有最大的受力面积）人为切开后套入轴上，就地通过特殊密封胶连接。而施工场地空间受限、现场环境恶劣，只能在现场通过手工切开、连接，不能保证密封环完全恢复到原始状态；进行半环在套在橡胶密封环时，当套半环时过分用力使钢制半环压紧在密封环上，使密封环产生褶皱、密封环里面擦伤、磨损，从而在轴高速运转时，产生热量不均匀。半密封环由于装于轴肩槽内的半密封环，其径向间隙规定为 ，轴肩的间隙规定为 。当密封环与轴间隙调整 、轴向间隙 时，轴运转速度较高时，轴跳动量变大，从而密封环与轴发生过紧摩擦产生温度高的现象。由于半密封环为橡木材质，当半密封环在槽口发生断裂、磨损时，轴高速旋转就会使得半密封环与轴端面发生摩擦，瞬间产生高温；为保证现场安装，半密封环为现场打磨，打磨后保证满足其间隙，而内侧较外侧难保证打磨，当半密封环打磨光滑程度不一致，叠加轴跳动时，可能会发生摩擦，从而产生高温；当半密封环表面由安装或者使用过程中附有油脂时，轴高速旋转，半密封环与轴承产生摩擦产生高温，油脂受热分解，就会产生冒烟现象。分配器轴承当空气分配轴承进油压力较低，流量较小，或者油质较差时，随着输出轴的高速旋转，不能及时建立足够的油膜厚度，使轴与上下轴瓦工作面发生摩擦，产生高温；轴承工作时的径向和轴向间隙不得超过 ，当上下轴瓦在安装时，轴承间隙太小；由于磕碰等原因，造成止推面或工作面发生磨损、擦伤、刮痕，从而会使得空气分配轴承在高速旋转时，产生高温。空气品质空气经过过滤除尘、压缩、分离水分后，通过气动摇控操作装置进入相应气室，从而使气胎实现接合和脱开。当压缩后的空气含水量、含油量过高时，导致空气气源品质不良，使得密封环、半密封环附着油质；空气管路压力安全阀故障，使得密封环承压超压，导致橡胶密封环变形老化，严重情况下，在 密封环切口处发生褶皱甚至破损，从而在高速旋转下，使半密封环、密封环与轴承产生摩擦，产生高温。滑油情况滑油经螺杆泵吸入增压，滤器过滤，滑油冷却器冷却后，通过节流阀进入空气分配器轴承，经过润滑换热后回流至油箱。当轴承滑油进油压力较低、流量较小；滑油滤器破损，导致滑油含油机械杂质；滑油含水量较多，甚至滑油乳化，导致轴承润滑不良，磨损轴承。排查方案 检查半密封环、密封环打开充气室、放气室端盖螺栓，取下充气室、放气室端盖，用塞尺测量半密封环与轴肩间隙，取出半密封环，检查半密封环的外观及磨损情况，外观应无明显磕碰损坏及异内燃机与配件 常磨损。检查密封环的外观及磨损情况。如间隙不符合要求、有磕碰损坏、异常磨损、擦伤，应通过修刮满足使用要求，必要时更换半密封环、密封环。检查轴承制作顶轴工装，在空气分配器轴两侧，分别从底板位置焊接顶轴的支架，并加装液压千斤顶，用于将轴顶起。拆除周边干涉的管路。在空气分配轴承轴颈上方两侧设置百分表，松开轴承盖紧固螺栓，取下上轴承盖。塞尺测量轴瓦的径向、轴向间隙。检查上瓦，采用千斤顶将轴两端同时顶起约 ，翻出下瓦。对上下轴瓦的止推面、工作面的磨损、擦伤、刮痕情况进行检查，并根据检测情况进行轴瓦修复或更换。检查空气管路检查空气系统净化装置前后滤器滤网，取样分析空气露点、含油量，拆卸充放气管路安全阀，检定安全阀，确保安全阀能正常起跳及回座。检查滑油拆开滑油过滤器，清洗滑油滤网；启动滑油系统，调整进轴承滑油压力；查阅滑油取样检定记录，对滑油进行取样送检，分析含水量等各指标。由于滑油系统运行过程中，油压、进出口油温正常，并定期对滑油进行取样送检，故对半密封环、密封环、轴承、空气管路检查后，可视情况进行检查。排查结果及处理措施经检查后测量充气室半密封环径向间隙为 ，半密封环工作表面与轴肩的间隙为 。放气室轴承外侧半密封环于槽孔处断裂，如图半密封环断口。充放气室密封环外观均完好，未见磨损及刮蹭现象。上轴瓦的止推面未见异常，径向靠放气室外端面处有约 的巴氏合金粘连，下轴瓦有少量巴氏合金溢出物，如图上轴瓦端面。图半密封环断口图上轴瓦端面针对于放气室更换了一套新的半密封环，鉴于放气室密封环使用年限可能会导致老化现象的情况，更换了密封环，并保证了半密封环径向间隙 ，半密封环工作表面与轴肩间隙 的要求。按要求复装了充气室密封环及半密封环。同时修复了上、下轴瓦。复装后测量轴瓦轴向间隙 、径向间隙 ，满足轴瓦轴向、径向间隙 的要求。复装完成后对离合器进行充气保压 小时验证、放气时间试验，满足设备充放气时间要求。随后电机离合器接合，进行低转速工况下空载运行进行试验，磨合运行半小时。在磨合过程中，空分分配轴承的滑油压力、出口温度、轴承盖及充放气室端盖温度均无异常。检查空气系统净化装置进出口滤网完好，过滤精度，净化装置后空气露点，满足系统要求过滤精度，空气露点，充气管路安全阀检定压力为 ，放气管路安全阀检定压力为 ，并在检定有效期内，工作性能正常。总结本次故障的原因为半密封环发生断裂；高速空载运行时，转速较高，半密封环引起的跳动量较大，产生磨损的积累，当磨损积累达到一定的程度时，造成过高热量的积累，热量传递至轴瓦处，从而造成瓦面端部巴氏合金融化，进而有烟雾冒出。正常运行中，应该保证滑油油温、轴承油压在设计范围内，并严密监测空气分配器轴承的滑油出口温度，注意滑油滤器前后压差、并及时清理滑油滤器，设备工况进行变化时加强对空分分配轴承盖及端面的温度测量，定期取样送检，使其满足设备使用要求；空气系统运行中，定期通过打开前后滤器排放阀排放含水，定期分析空气水分、含油量，定期更换空气过滤填料，确保空气净化装置能完全去除空气中所含油、水和固体颗粒，安全阀定期检定、减压阀定期检查，保证处于良好工作状态。定期检查空气分配器轴承充放气是半密封环与轴肩间隙、半密封环磨损情况；定期拆开检查空气分配器轴承，检查轴承径向和轴向间隙，检查轴瓦并消除擦伤、裂纹脱落等现象。若运行中发现轴承温度异常现象，需要立即进行停车检查，防止对设备造成更大的损伤。参考文献：尹以宣 某核电站海水泵推力轴承温度高故障分析及处理电子世界 索铜亭 磨煤机主轴承温度高的原因及处理 电力科学与工程 徐福海浅议三河号汽轮机号轴承烧瓦事故华北电力技术 杨书 春堂坝电站下导轴承烧瓦事故原因分析及处理方法 水电站机电技术 蒋序东 超临界机组汽轮机低转速轴承烧瓦的分析及处理 浙江电力 刘立军 引风机轴承烧瓦原因分析及治理 电力设备