制硫風機故障原因分析及處理方法

黎曉勇

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

5×104t/a 硫磺回收及尾氣處理單元的制硫風機K-101/A,B 是唐山清源環保機械公司提供，型號為D-260-41 的四級離心式鼓風機，其作用是為制硫燃燒爐中的原料氣提供足量的空氣中O2，使H2S 燃燒后生成SO2的量滿足H2S/SO2接近于2，H2S 與SO2在爐中發生高溫反應生成氣態硫磺，完成制硫過程并生產出合格的硫磺產品。

在裝置水聯運過程中，兩臺制硫風機均出現軸承溫度偏高，潤滑油脂沿軸向溢出，并造成滾動軸承的燒損，嚴重影響二聯合裝置的正常生產。

1 故障判斷與原因分析

1.1 故障判斷

根據制硫風機滾動軸承燒損情況判斷，其原因有以下幾點：（1）滾動軸承潤滑不良；（2）滾動軸承軸向間隙不合適；（3）滾動軸承與軸及軸承盒的配合不符；（4）離心式鼓風機工況設計不合適；（5）裝配間隙不當或配件不合格。

1.2 原因分析

對兩臺離心式鼓風機K-101/A,B 進行解體發現：K-101/A 潤滑脂正常，軸承保持架損壞；葉輪口環徑向面均有磨損；K-101/B 潤滑脂正常，軸承保持架損壞、軸承內圈抱軸，軸變色發藍，葉輪口環徑向均有磨損，盤不動車。

圖1 K-101/B 滾動軸承燒損圖片

表1 檢修時對相關數據進行了測量，數據如下：（單位：mm）

由表1 得：K-101A/B 軸承內孔與軸的配合為（過盈配合）79.99-79.98 ＝0.01mm；K-101A 軸承外圈與軸承盒的配合為（過盈配合）170-169.98 ＝0.02mm；K-101B 軸承外圈與軸承盒的配合為（過盈配合）170-169.97 ＝0.03mm。

根據以上數據和現象進行分析，作者認為廠家設計和制造存在問題，即原因（3）、（5）是造成故障的主要原因。

1.3 存在問題的校驗與計算

1.3.1 滾動軸承內徑與實心軸配合過盈量的選擇和校驗

滾動軸承與軸采用過盈配合，其所需配合的過盈量與軸承載荷的大小，工作溫度以及軸的加工精度有關。

在載荷作用下，配合表面的凸點被壓平，在安裝前測得的軸徑和內圈孔徑之差即為名義過盈量Δd 將略為減小，其有效過盈量ΔdY為：

式中，ΔdY為有效過盈量（μm)；Δd 為測量的過盈量（μm)；d 為軸承公稱內徑（mm)；A 為常數，磨削軸A=3，精研細A=2。

在載荷作用下，內圈材料在徑向受到壓縮，使內圈在圓周方向脹大，因此，使配合比無載荷時為松。由此引起的過盈量的減小值近似為

式中，ΔdF為由載荷引起的過盈量的減小值（μm)；B為內圈寬度（mm)；Fr為徑向載荷(N)。

如果軸承內部溫度比軸承座周圍的溫度高ΔT（oC），則內圈和軸在配合處溫度約為0.12ΔT，用軸承鋼制造軸承，由此溫差引起配合過盈量減小值ΔdT ≈0.0015ΔT·d（μm)。

為了防止內圈和軸之間產生“打滑”現象，對于實心軸，內圈承受旋轉載荷時，必須滿足ΔdY-ΔdF-ΔdT ≥0。

表2 K-101A/B 滾動軸承有效過盈量計算式中的相關數值

所以選用的名義過盈量可近似由下式計算：

＝（79.98 ＋3）÷79.98×（0.08×10.23 ＋0.0015×75×79.98）＝10.18（μm）＝0.0102（mm）

結論：K-101A/B 軸承內孔與軸的實際過盈量為0.01mm與理論校驗選擇的過盈值Δd 相符。

1.3.2 滾動軸承外圈直徑與軸承盒內孔的過盈量的選擇和校驗

滾動軸承外圈與軸承盒內孔多采用過渡配合，其所需配合與軸承載荷的大小、工作溫度以及軸承盒的加工精度有關。

表3 向心滾動軸承外圈與軸承盒配合公差帶標準（摘自：幾何量公差與檢測）

根據上表查得：K-101A/B 軸承外圈與軸承盒內孔的配合選用φ170Js7/h6（±0.02/0-0.025）。

圖2 K-101A/B 軸承外圈與軸承盒內孔配合公差帶圖

從圖2 可以計算出軸承外圈與軸承盒內孔配合的極限公差值：

（1）最大間隙值＝軸承盒內孔上偏差-軸承外圈下偏差＝＋0.02-（-0.025）＝0.045mm

（2）最小間隙值＝軸承盒內孔下偏差-軸承外圈上偏差＝＋0.02-0 ＝0.02mm

（3）最大過盈值＝軸承盒內孔下偏差-軸承外圈上偏差＝-0.02-0 ＝-0.02mm

現場監測K-101A/B 軸的工作溫度為105℃，軸承盒的工作溫度為48℃（軸承盒夾套內走冷卻水）；考慮到滾動軸承工作時的熱膨脹的影響，選擇（1）、（2）將軸承外圈與軸承盒內孔配合的極限公差值控制在（間隙配合0.02 ～0.045mm）；而實際K-101A 軸承外圈與軸承盒的配合為（過盈配合0.02mm），K-101B 軸承外圈與軸承盒的配合為（過盈配合0.03mm），不能滿足滾動軸承的運行工況。

結論：軸承盒內孔直徑尺寸控制過小，造成軸承gogn工作時的過盈量太大，嚴重影響滾動軸承的工作游隙，這也是造成滾動軸承燒損的主要原因。

2 改造方案的提出與實施

（2）軸承盒內孔與托架止扣的同軸度偏差上車床修正到0.02mm 以內。

（3）將葉輪口環與殼體口環的徑向直徑間隙由原1.2mm放大到1.6mm。

3 改造效果

（1）改造后試車，效果很理想，順利通過了工藝驗收和考核期，各部監測數據均為正常。

（2）通過上述措施的改造，消除了制硫風機K-101/A,B 軸承故障，提高了設備的運行周期。