Y4—2×73No26.5F型双吸离心引风机轴承温度异常升高原因分析
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【摘 要】针对某电厂y4-2×73no26.5f型引风机在脱硫投运期间频繁出现轴承温度异常升高问题，通过分析找到解决问题的关键点，消除设备轴承温度高隐患。
【关键词】引风机；轴承；温度；膨胀
某电厂DG670/13.7-8型锅炉配有两台双吸离心引风机，Y4-2×73No26.5F型离心式风机，系双侧吸入式，叶轮直径为2650mm，叶片为后弯式机翼型空心叶片，使用16Mn低合金钢板制成，允许最高转速为730转/分，风量563000-1040000m3/h，风压为4022-2668pa，效率83%。布置于脱硫后，风机电机采用变频运行，脱硫工艺采用湿法脱硫。自2008年脱硫投运后，机组启动、脱硫系统投运期间，2号引风机#3、#4轴承先后发生4次轴承异常升高现象，为保证设备安全稳定运行，通过控制脱硫入口烟气温度升降速率、更换轴承等措施，消除了轴承温度异常升高缺陷。
（1）风机自身原因
在2号引风机#3、#4轴承温度异常升高过程中，现场检查确认：轴承油位正常、油油质化验结果未见劣化、轴承冷却水量正常、轴承振动值最大0.02mm、轴承运转响声正常，解体检查轴承无异常、各部间隙均在要求范围内。结合历次发生的异常情况的对比分析，可以排除由引风机轴承自身缺陷引起轴承温度异常升高。
（2）载荷波动的影响
当风机的转速固定时，风机的电流值变化反映出的是作用在风机上的载荷的波动，同时载荷最终作用到轴承上，使轴承动静部分摩擦力发生变化，摩擦力的增加导致产生热量增加，轴承径向间隙变小，进而造成摩擦力进一步增大，致使轴承温度异常升高。
脱硫系统投运前吸收塔出口烟温约140℃-150℃，在脱硫系统投运的较短的时间段内（小于30min）吸收塔出口温度降至70-80℃，较脱硫投运前大幅降低，造成烟气密度增加。
脱硫系统投运后烟气密度大约为投运前的1.22倍，烟气密度的增加直接导致作用在轴承上的载荷增加，作用在轴承上的摩擦力随之增加并使轴承发热量上升，进而造成温升幅度变化超出轴承允许的变化范围，引起轴承温度升高加剧。
（3）烟气温度变化的影响
机组脱硫改造后，环保部门对脱硫系统的投入有严格规定，必须保证其与机组同步投运。在机组启动过程中，由于脱硫系统投运引起烟气温度的变化使风机轴承先后两次承受截然相反的热胀冷缩过程：
第一次为脱硫系统投运前，烟气温度为140-150℃左右，此时风机主轴受热膨胀，而轴承内圈与主轴为过盈配合，所以内圈与主轴同时膨胀，而珠粒和外套相对受烟气温度影响膨胀的较慢、较小，致使轴承间隙较小，动静之间摩擦力增加，轴承温度升高；
第二次为投入脱硫系统后，烟气温度降至70-80℃，由于温度降低、降温速度快，风机主轴应为冷缩过程，由于主轴在径向和轴向膨胀和收缩的速度和变化量差异较大，温度变化导致的轴向变化量和变化速率均明显大于径向，因此在受冷收缩的过程中，会出现内套连同轴在轴向发生相对较大的滑移，引起轴承珠粒与外套发生轴向偏移的现象，进一步造成轴承间隙减小，相对摩擦力增加，轴承温度进一步升高。
可见，脱硫系统投运前后轴承将承受超过4mm的轴向位移量，这是导致轴承温度异常升高的主要原因。
（4）轴承温度变化趋势分析
#4轴承本身设计为自由端，正常运行中可依靠轴承外套在轴承箱轴向滑移（约20mm）以吸收轴向膨胀量，但当由于载荷增加导致轴承温度异常升高时，轴承外套的膨胀量大于设计承受的径向膨胀量，即预留的顶部间隙，外套与轴承箱相对位移量受限，此时，因脱硫系统投运导致的轴向伸缩变化对轴承间隙的影响表现更为明显，进一步造成轴承温度的异常升高，形成恶性循环。
轴承装配过程中预留顶部间隙按照规程要求为：0.05-0.10mm，为防止变工况下导致的轴承温度高，实际检修中掌握在0.15-0.20mm；查阅检修记录，乙引风机#3轴承顶部间隙0.19mm，#4轴承顶部间隙0.16mm。
SKF 22338轴承外套外径400mm，根据预留顶部间隙可对径向允许膨胀量计算如下：
L= l×ΔT×λ
l=0.4m（将轴承外套简化为线性，可基本反映其实际变化量）
λ=0.012mm/m.℃
L=0.16mm
则ΔT= L/l*λ=33.3℃
设备正常运行温度（简化认为即轴承箱温度）为30℃，可推得：
当轴承温度（即外套温度）大于60-65℃，轴承外套与轴承箱之间已无进一步吸收径向膨胀的余量，此时轴向的膨胀变化直接导致轴承内外套之间的偏移。
分析认为，这是正常运行中和启动初期由于载荷增加导致轴承温度升高后，轴承温度变化趋势截然相反的主要原因。
（5）1、2号引风机差异分析
目前该炉两台引风机使用的轴承为瑞典进口的SKF 22338型轴承，按照规程的有关要求其径向间隙范围掌握在0.10mm-0.25mm。查阅检修中的验收装配数据显示：甲吸#3轴承径向间隙为0.18mm，#4轴承径向间隙为0.20mm，乙吸#3轴承径向间隙为0.11mm，#4轴承径向间隙为0.13mm，其径向间隙值均在合格范围内。
1、2号引风机相比较，1号引风机#3、#4轴承径向间隙比乙吸略大，当在负荷及转速持续拉升、脱硫投运初期烟温异常工况下运行时，在轴承温度升高过程中，对于径向间隙大的轴承要比间隙小的轴承抗交变载荷的能力更强，因温升导致动静膨胀不均造成的影响相对较小，同样的特殊工况下运行时，不至于引起轴承温度的异常变化。2号引风机轴承因径向间隙相对略小，对这种变化较敏感，所以轴承温度异常变化表现突出。这是2号引风机与1号风机轴承在面对脱硫投运的特殊工况下影响程度差异较大的主要原因。
（6）运行调整原因分析
机组启动期间2号引风机轴承曾于2008年8月及12月两次出现温度异常升高问题，在进行异常分析过程中，均提出启动升负荷期间控制乙吸转速升速速率的措施，但未能对乙引风机调整做出明确控制措施，启动过程中风机转速升速较快，共出现6次急速上升段，最大的一次为5分钟升了104转/分，尤其是温度处于下降期间，再次急速突升造成轴承温度再次升高，#3轴承最高达104℃、#4轴承温度高达98℃，致使轴承温度长时间居高不下；此外，脱硫系统投运速度未能有效控制，引风机前烟温下降速率过快，风机主轴膨胀和伸缩速度超出2号引风机轴承承受能力是导致温度异常升高的关键。
2、结论
综合以上分析，2号引风机轴承温度异常升高的主要原因为：脱硫设备投运初期，烟气温度降低速率快，致使轴承膨胀受阻，最终导致轴承温度异常升高。经过限脱硫出口烟气温度升降速率、风机转速调节、更换轴承等手段问题得到彻底消除，专项防范措施如下：
（1）规范启动期间负荷升降、风机转速调节、脱硫系统投运等对引风机轴承温度有影响的相关操作，规定脱硫烟气出口温度升降速率小于1℃/min。
（2）订购备用引风机轴承，充分考虑脱硫系统投入及机组启动初期的特殊工况要求，研究同型号大游隙系列轴承应用的可行性，新轴承间隙控制在0.20-0.25mm。
（3）更换2号引风机#3、#4轴承，顶部间隙选择在0.18-0.22mm。轴承更换后专项措施仍应执行，并根据启动期间参数进行修订和优化。