80萬噸/年汽油加氫P-4002A/B增速箱軸承故障分析及改造處理

曹東成，李黨生，徐露平

（中國石油獨山子石化分公司設(shè)備檢修公司煉油鉗工車間，新疆 獨山子 833699）

獨山子石化公司煉油廠80萬t/年汽油加氫裝置泵P-4002A/B設(shè)備型號為HXK300-S0 ，泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為4400r/min，電機轉(zhuǎn)速2930r/min，泵軸功率9．4kW，介質(zhì)為常溫的脫鹽水，是由杭州大路實業(yè)有限公司制造，泵和電機之間帶一個增速箱，型號為TH100F采用一級增速。同類型設(shè)備在該裝置共有4臺1套。

1 故障現(xiàn)象

圖1 P-4002概貌圖

80萬t/年汽油加氫裝置P-4002（圖1）及同類型 三臺泵自投運后頻繁出現(xiàn)故障。從增速箱檢修動態(tài)統(tǒng)計表中可以看出，該泵增速箱最長運行周期為半年，最短運行周期為2～3個月。

每次拆檢故障現(xiàn)象表現(xiàn)為：

（1）拆檢前增速箱雜音和振動變大。

（2）每次拆檢后，都有軸承跑外圈跡象，表現(xiàn)為增速箱殼體與軸承配合處有不同程度的磨損，高速軸端尤為明顯。

（3）軸承內(nèi)外圈均有磨損、點蝕現(xiàn)象，滾子鋼球磨損嚴重，已出現(xiàn)大小不一現(xiàn)象。

2 原因分析

2.1 軸承選型導致跑外圈情況發(fā)生

該泵增速箱高速軸采用深溝球16006軸承兩端支承，低速軸采用深溝球61907軸承兩端支承。兩組軸承寬度均較窄，16006軸承寬度為9mm，61907軸承寬度為10mm。由于兩組軸承內(nèi)外圈壁均較薄，兩組軸承剛性較差，因此軸承在裝入增速箱殼體時緊力不能過大，如果緊力過大，將導致軸承變形，增速箱盤不動車（外圈變形，游隙變小）。由于安裝時增速箱殼體緊力較小（通常有0～0．01mm的間隙），軸承外圈較窄，與殼體接觸面積較小，接觸面間產(chǎn)生的摩擦力較小，在運行過程中高速軸即高負荷端軸承很容易產(chǎn)生軸承跑外圈故障。高速軸承跑外圈，磨損的鐵屑雜質(zhì)通過油路進入低速軸承，影響低速軸承轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，導致低速軸承跑外圈。

所以每次檢修故障表現(xiàn)為軸承跑外圈，高速軸端尤為明顯。

2.2 軸承承載能力達不到要求，軸承壽命減小

在一定載荷作用下，軸承在出現(xiàn)點蝕前所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)數(shù)，或小時數(shù)，稱之為軸承壽命。理論上，軸承承載能力越強發(fā)生點蝕的時間就會越晚，軸承壽命就會越長。軸承的負荷P與壽命L之間的關(guān)系曲線如圖所示，其方程式為：

PεL10=常數(shù)

式中 P-當量動負荷（N）

L10-基本額定壽命（106 r）

ε-壽命系數(shù)，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。

由軸承的負荷P與壽命L之間的關(guān)系及曲線圖，我們可以知道軸承的壽命，即發(fā)生點蝕前運行的時間與負荷Pε成反比。壽命系數(shù)ε為常數(shù)，可近似認為負荷P與壽命L成反比。當承載能力不變時（同一軸承），負荷增大，軸承壽命變短。

從幾次拆檢情況看，每次運行2～3個月，遠沒有達到額定壽命，軸承內(nèi)外圈就會發(fā)生點蝕，說明兩組軸承承載能力較差，或者說該增速箱選型軸承承載能力達不到要求，軸承使用壽命較短。

3 改造方案

根據(jù)拆檢情況及原因分析，我們提出對該增速箱軸承重新選型的建議，選型要求如下：

（1）軸承寬度增加，以增加軸承剛性及軸承外圈與殼體摩擦力，減少或消除軸承跑外圈的可能性。

（2）選用承載能力比現(xiàn)有軸承承載能力大的軸承，以提高軸承使用壽命。

按照以上兩點選型要求，我們通過與軸承廠家咨詢，歸納了以下三種改造方案。

3.1 建議廠家改進升級軸承結(jié)構(gòu)，采用厚壁角接觸寬系列軸承代替

該泵增速箱高速軸端軸承采用16006軸承，外徑為55mm，內(nèi)徑為30mm，寬度為9mm。低速軸端軸承采用61907軸承，內(nèi)徑為35mm，外徑為55mm，厚度為10mm。建議該泵增速箱高速軸端軸承采用6206軸承，外徑為62mm，內(nèi)徑為30mm，寬度為16mm，極限轉(zhuǎn)速為13000r/min，低速軸端采用6007軸承，外徑為62mm，內(nèi)徑為35mm，厚度為14mm。采用這樣的軸承代替方案，軸承強度、剛度大大提高，由于該泵轉(zhuǎn)速為4200r/min，認為該方案完全可行。

該方案實施需將增速箱殼體直徑方向車削7mm后，將高速軸端、低速軸端軸承更換為6206、6007軸承，再將高軸承內(nèi)圈配合軸軸肩車削7mm，低速軸內(nèi)圈配合軸軸肩4mm。

該方案實施優(yōu)點是軸承比較常見，易于取得。缺點是需要對增速箱殼體及高低速軸都要車削，改造量大，實現(xiàn)難度較高。

3.2 使用與現(xiàn)用軸承內(nèi)徑外徑的雙列角接觸球軸承，代替現(xiàn)用深溝球軸承

雙列角接觸球軸承也就是通常所說的向心推力球軸承，其允許工作轉(zhuǎn)速與深溝球軸承相近，但是支承剛性比深溝球軸承更強，主要是因為該軸承可裝入較多的鋼球，其徑向承載能力比普通球軸承大，能承受較大的徑向負荷為主的徑向和軸向聯(lián)合負荷和力矩負荷。與單列軸承相比有更好的剛性，能承受傾覆力矩。

根據(jù)軸承壽命計算公式：

同一位置的軸承承載能力變化后其壽命變化關(guān)系為：

有效提高了軸承的使用壽命。

該方法改造簡單，只需要將高低速軸與軸承配合的軸肩車削進軸承寬度增加的量即可，轉(zhuǎn)子運行位置及殼體均未發(fā)生變化，增加使用壽命顯著。缺點是與軸承廠家溝通，目前國內(nèi)71907軸承只有2個單列軸承串聯(lián)使用，沒有雙列軸承。而且該增速箱軸承為無背帽定位結(jié)構(gòu)，故無法實現(xiàn)71907軸承只有2個單列軸承串聯(lián)使用。

3.3 采用滾針和滿鋪滾子軸承代替深溝球軸承

替代軸承參數(shù)如下表所示：

單列滿裝圓柱滾子軸承NCF3006CV參考轉(zhuǎn)速在13000轉(zhuǎn)/分（高速速軸工作轉(zhuǎn)速4500轉(zhuǎn)/分），滾針角接觸球軸承NKIA 5907參考轉(zhuǎn)速在9500轉(zhuǎn)/分（低速軸工作轉(zhuǎn)速2900轉(zhuǎn)/分），轉(zhuǎn)速符合要求。更具根據(jù)軸承壽命計算公式：

同一位置的軸承承載能力變化后其壽命變化關(guān)系為：

L1 ／ L2=(Cr1 ／ Cr2)3=（31．9/6．8）3=23=103 倍

理論上更換軸承后，增速箱軸承運行周期可由一至兩個月延長到10年，符合我們更換軸承的要求。而且所選軸承內(nèi)外徑與原軸承一致，所以改造時，增速箱無需改動，只需在軸承安裝位置以原軸徑將軸沿軸向向內(nèi)車一個軸承增加的寬度即可。

4 改造實施

比較三套改造方案，方案一需要對軸承箱經(jīng)行加工改造，實施困難。方案二軸承獲得困難，目前國內(nèi)廠家無法提供此類軸承。而方案三在不改動軸承箱體的前提下，只需在軸承安裝位置以原軸徑將軸沿軸向向內(nèi)車一個軸承增加的寬度即可，符合我們改造的前提。

我們綜合考慮了三套改造方案實施的優(yōu)缺點，最終確定以方案三為實施方案進行改造。改造前后圖見圖2、3、4、5。

圖2 高速軸改造圖

圖3 低速軸改造圖

圖4 改造前增速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)概貌

圖5 改造后增速箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)概貌

2月13日完成增速箱改造，2月14日該泵試運正常。

5 結(jié)語

目前該泵已連續(xù)運行10個月，運行效果良好，我們將會對80萬噸/年汽油加氫剩余三臺同型號增速箱經(jīng)行改造，徹底解決80萬噸/年汽油加氫此類泵運行周期短、故障頻發(fā)的問題，保證了裝置安穩(wěn)長運行。本文以增速箱軸承選型承載較差導致軸承壽命縮短為例，介紹了對同一位置軸承重新選型需要考慮的因素，提供改造經(jīng)驗和方法，希望能夠給同類型機組的檢修提供借鑒。

解釋說明：

① 一批型號相同的軸承，在相同的運轉(zhuǎn)條件下，其中90%在疲勞點蝕前能運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或在給定轉(zhuǎn)速下所能運轉(zhuǎn)的總工作時數(shù)（一百萬轉(zhuǎn)）。其可靠度為90%，以符號L10表示。