水泥技术|Φ4.2m×11m水泥磨主轴承烧瓦问题的处理

防水之家讯：海螺水泥有限公司2000t/d水泥生产线采用1台Φ4.2m×11m尾卸式中心传动磨，布置图见图1。
图1　Φ4.2m×11m水泥磨主体布置示意图
1.入料中空轴；2.筒体；3.出料中空轴；4.传动接管；5.主电机；6.主减速机；7.齿轮联轴节；8.出料端主轴瓦；9.入料端主轴瓦


该磨机驱动装置TRIRED855减速机及其出轴齿轮联轴节为德国FLENDER公司制造，其余部分为国内配套。在1997年试产调试时，磨尾主轴承巴氏合金瓦经常发热、烧研，投料后半年内就发生5起烧瓦事故，严重制约了新线试生产的正常进行。

1　主轴瓦烧研及处理

磨机主轴瓦烧研的原因很多，机械工艺等方面的因素都会对其产生影响，因而分析起来非常复杂，就本公司对这一问题的处理过程而言，总结起来主要包括以下几个方面。


1.1　磨体的轴向窜动


1.1.1　故障现象


磨尾主轴瓦烧研，跳停磨机后，热态时检测发现轴瓦靠驱动减速机侧端面被中空轴轴肩磨削形成轴向深3.6mm的环状沟槽(如图1中Ⅰ)，磨体向磨头方向窜动，产生了轴向位移。在随后磨机逐渐降温冷却的过程中，观测到中空轴轴肩与被磨削的瓦侧端面间隙逐渐增大，磨体在渐渐自动复位。


1.1.2　原因分析


显而易见，磨体产生了轴向窜动，且窜动与磨机的冷热状态密切相关。这一现象实质上是由于磨机在水平方向上存在附加的轴向不平衡力的作用。因而，妥善处理磨机在热态运转中轴向力的分布与平衡问题是分析和解决磨体窜动问题的关键。


磨机在运转时要产生很大的热量，磨体受热后要伸长，当磨机停转时，温度要下降，磨体缩短，对于尾卸式中心传动磨，还存在卸料传动接管的热胀冷缩问题。因此，在设计和安装磨机时，必须全面考虑磨体及传动部件的热力平衡和位移补偿问题，否则，磨机便不能正常运转。


1)磨体的伸缩
Φ4.2m×11m水泥磨两个球面瓦主轴承规格为Φ1800mm×750mm，磨尾主轴承为定位轴承，而磨头主轴承装置则留有一定的间隙(图1中，a=7mm，b=28mm)，以适应磨体的热胀冷缩。


2)传动接管的伸缩


传动接管最大伸缩量ΔL=α·L·Δt=0.000012×3000×150=5.4mm。传动接管的热胀冷缩问题，从设计角度考虑则由齿轮联轴节内部预留足够的轴向间隙来补偿，运转中，通过联轴节内相啮合齿面间的轴向滑移来实现。


齿轮联轴节的外齿是双鼓形齿，传递扭矩时，齿面的接触部分很小，压力高，且不象齿轮传动那样，轮齿都在变化接触，而是接触齿面不变。因此，给齿间润滑带来很大困难，容易造成齿面压溃，导致齿间滑移阻力的增大，从而丧失对轴向位移的补偿作用。
由此可见，齿轮联轴节的润滑尤为重要，必须十分谨慎地选用合适的油品和正确的装入量，才能保证其使用的可靠性。


3)轴向力


在磨机力系中，作用在磨体上的传动力、磨体的回转阻力、压力、重力和纵向窜动的阻力当中，只有纵向窜动的阻力是轴向的，这个力只有主轴承的滑动摩擦力Ff。


理论分析和工业应用实践表明，管磨机即使在安装倾斜隔仓装置后，只要妥善处理，也不会导致磨体的轴向往复窜动，操作完全可靠，对于垂直安装的隔仓装置，情况更应如此〔1〕。


由此可见，导致磨体产生往复窜动的轴向力，其来源不在磨体本身，而在于传动接管的热胀冷缩阻力FN。当FN>Ff即齿轮联轴节的轴向滑移阻力过大是导致磨体产生往复窜动的根源。现场运行监测结果也充分表明，该磨机的齿轮联轴节不能补偿轴向位移而呈现刚性。因此，要妥善解决这一问题，必须有效减小其齿间滑移阻力。


1.1.3　处理措施
　

　针对齿轮联轴节的结构特点和工况，为减少齿间滑移摩擦阻力，我们着重从改善齿间润滑条件入手，将原使用的齿轮油Kluber Structovis BHD-MF更换为具有高粘性、强附着力的半流态润滑脂Kluber Grafloscon C-SG500，并严格按要求的装入量(磨侧18kg，减速机侧20kg)填充。处理后，磨体轴向窜动这一棘手问题终于得到妥善解决。


1.2　主轴瓦问题


1.2.1　故障现象


事故处理时，抽瓦发现，瓦面烧研部位是在靠驱动减速机侧瓦面边缘的一个条带上，在刮研瓦过程中，发现瓦面烧研区域内有明显渗冒油现象，经超声探测鉴定，该区域在840mm×300mm范围内存在一形状不规则的缺陷，缺陷性质为巴氏合金与轴瓦衬背金属间未结合(脱胎)，脱胎区域与油囊相通，且表面着色渗透显示有大量微裂纹，缺陷评定级别大于3级(见图2a)。


图2　主轴瓦处理前后状况示意图

1.2.2　故障分析


显而易见，巴氏合金结合缺陷导致油囊中高压油进入金属脱胎层，造成脱胎区域巴氏合金反向受压变形龟裂，破坏了轴承压力油膜的形成。因此，要解决这一问题，必须对主轴瓦进行彻底处理。


1.2.3　处理过程


1)轴瓦的修复


由专业制造厂根据设计技术要求进行处理，并按工艺标准验收，主要包括:化瓦、重新浇铸巴氏合金、机加工及压力检测与探伤等工艺过程。


2)轴瓦的刮研


为使轴瓦油隙合理，油膜容易形成，对瓦面采用大弧形法刮研，将原接触角60°减小为40°，中空轴轴颈直径为1800mm，具体刮瓦控制参数如表1。

表1 Φ4.2m×11m水泥磨出料端主轴瓦间隙设计值与实测塞尺深度 mm 测点
塞尺厚度/mm 转入侧 转出侧 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 设计值 0.50 110±10 110±10 0.30 220±10 220±10 0.25 300±20 300±20 0.15 400±20 400±20 0.10 480±20 480±20 0.05 550 550 实测值 0.50 120 130 145 135 110 115 125 120 135 130 130 115 0.30 210 245 265 295 220 220 230 215 275 290 240 225 0.25 285 305 335 325 325 305 275 315 315 330 325 290 0.15 400 400 385 405 370 380 380 405 400 390 365 420 0.10 505 500 485 500 490 490 490 520 490 500 485 505
注：1.0.05mm间隙为不测值，刮瓦时控制；2.测点1靠筒体，测点6靠外测。
为减小边缘效应，在约40°范围内，将瓦边进行倒坡，见图2b。
为保证润滑油能顺利地进入吃力区的瓦面，扩展导油槽，形成弧形。弧形导油槽的深度约为，相当于20°，弧形导油槽也是靠刮削而成，并保证中心线处最低，平滑缓慢地向两侧逐渐过渡。


在瓦与轴颈接触大约40°范围内，进行接触斑点检查，即满足3点/cm2的要求，因接触角减小，所以这个要求比原60°接触角范围内1～2点/cm2更容易达到。


1.3　出料中空轴问题


主轴瓦处理后，负荷试车时，轴承温度仍偏高，运转中观察到，转出的轴颈靠瓦宽两侧出现干白的条带，油膜形成不均匀，局部状况差。据此，我们对出料中空轴作了细致检测，并根据检测结果对轴颈和出料螺旋筒问题进行了处理。
1.3.1　轴颈的处理
设计要求中空轴轴颈表面粗糙度值Ra为0.8μm，圆柱度为，而实测Ra>3.2μm，轴颈母线检测均严重超差，直接影响轴承动压润滑油膜的形成，导致轴瓦发热。因此，我们拆卸中空轴送专业制造厂进行修磨处理，处理后检测Ra值为1.0～

1.2μm，轴颈表面精度也相应提高。


1.3.2　出料螺旋筒螺栓剪断的处理


拆卸中空轴时发现，出料螺旋筒与中空轴法兰联接的24只M16mm×35mm螺栓全部剪断，螺旋筒在中空轴内周向无固定，运转中扰动中空轴，对轴承润滑油膜的形成十分不利。
　

分析认为，要解决这一问题，必须对螺旋筒设置周向定位，但考虑到施焊对中空轴可能产生热应力，而不宜在中空轴上焊接键块，优选方案是在螺旋锥套与中空轴法兰联接处打骑缝销，并恢复原有螺栓联接，如图3所示。



图3　出料螺旋筒结构示意图

2　结束语

Φ4.2m×11m水泥磨烧瓦问题实质上是以上综合因素作用的结果，经过上述各种处理后，取得了明显效果。水泥磨正常运转2年多，实际生产能力达到120t/h，超过110t/h的设计能力，设备运行参数均稳定在允许范围内。磨体窜动和轴瓦发热烧研事故再未发生，证明了上述处理过程是成功有效的。

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