旋轉濾網主軸故障原因分析及改造

凌青飛，余 騫，高維剛

（中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江寧波 315800）

0 引言

某LNG 接收站為華東地區天然氣調峰保供主力氣源，利用海水作為LNG 氣化器IFV 的主要換熱介質。一期裝置2012 年投產3 個流道，3 臺旋轉濾網1#、2#、3#；二期裝置2021 年投產3 個流道，3 臺旋轉濾網4#、5#、6#，最大取水流量75 000 m3/h。海水取水工藝流程為：海水取水口→明渠→泵前池→攔污柵→旋轉濾網→海水泵池→海水泵→LNG 氣化器→排海明渠。由于地處舟山漁場，周邊海域環境差、垃圾較多，取水過程中漂浮的垃圾會隨水流進入取水系統，并通過最后一道旋轉濾網過濾后進入泵池，直接影響海水泵的運行可靠性。旋轉濾網主軸結構如圖1 所示：濾網寬度2500 mm，深度12.25 mm，水位差200 mm；鏈板節距600 mm，流速0.8 m/s，網孔尺寸5 mm×5 mm；電機型號為YD132M-8/4-IP55，額定功率4.5 kW，額定轉速1500 r/min。

圖1 旋轉濾網主軸結構

1 旋轉濾網故障現象

2022 年5 月22 日，發現取水口、5#旋轉濾網擺線針輪減速機運行聲音異常，隨后開展潤滑油檢查、加注作業，發現原潤滑脂中存在大量金屬粉末，初步判斷減速機內部擺線針輪損壞，于是更換新減速機。6 月1 日啟動測試約5 min，因南、北兩側鏈條拉伸報警限位上下浮動較大，且運行過程中存在異響，遂立即停機并展開故障排查。打開5#旋轉濾網主軸非驅動側、驅動側軸承座蓋，檢查發現主軸兩側的滾子軸承22232C/W33已腐蝕損壞、滾珠散落，于是對濾網進行解體檢修，同時對接收站其余旋轉濾網進行預防性維護檢查，發現有類似的故障情況。

拆解檢測旋轉濾網，發現主軸軸承箱內進入海水，造成軸承保持架腐蝕損壞、滾子散落；主軸驅動側軸承、非驅動側軸承腐蝕嚴重（圖2a）、圖2b））；驅動端、非驅動端主軸磨損嚴重，出現明顯溝槽，最大磨損深度達2.0 mm（圖2c）、圖2d））。

圖2 旋轉濾網拆解檢測情況

2 原因分析

二期裝置新增的3 臺旋轉濾網4#、5#、6#于2021年投產，已累計運行2 396.3 h，根據5#旋轉濾網主軸軸承的損壞情況，運行時間遠遠小于軸承的設計使用壽命（25 000 h）。造成軸承腐蝕的主要原因是軸承箱密封失效，導致海水進入、腐蝕軸承。從旋轉濾網主軸承箱的設計結構、軸承箱、主軸材料和軸承箱的防水密封等方面進行分析（圖3）。

圖3 改造前軸承箱結構

2.1 主軸承箱設計結構

根據廠家維修手冊，主軸軸承安裝初期加入潤滑脂，運行后每季度通過軸承箱體外側的旋壓式油杯進行一次潤滑脂的補注。從軸承箱體結構不難看出，采用旋壓式油杯進行補注潤滑脂時，靠近外側補注潤滑脂較為理想，但軸承箱內側腔體潤滑脂較難進入。由于軸承箱中間安裝有軸承，潤滑脂要經過軸承滾子間的縫隙，但是受雙列滾動軸承設計、潤滑脂流動性差等因素影響，采用旋壓式油杯進行補注潤滑脂效果較差。另外，軸承箱內側腔體是最靠近海水的部分，海水一旦進入軸承箱將快速腐蝕軸承，軸承腐蝕導致動、靜部分間隙增大，使主軸與軸承箱中心位置變化，進一步加大了密封間隙，使海水進入的情況加劇。軸承腐蝕又導致了主軸下沉，使其與軸承箱端蓋相互摩擦，造成損壞。旋轉濾網主要部件注油參數見表1。

表1 旋轉濾網各主要部件注油參數

2.2 軸承箱和主軸材料

主軸材料為316L 不銹鋼、軸承箱材料早期設計為球墨鑄鐵，為防止軸承箱腐蝕，后期也改為316L 不銹鋼，也就是說主軸與軸承箱材料相同。采用316L 不銹鋼雖然增強了軸承箱的耐海水腐蝕性能，但相同金屬材料或冶金相溶性大的材料易發生摩擦副粘著磨損。主軸與軸承箱一旦接觸在相對滑動中粘著處被破壞，就會有金屬從主軸表面被拉拽下來，粘著在軸承箱內表面（即咬合磨損）。從主軸磨損出現的明顯溝槽來看，雖然轉速不高，但產生的粘著加速了主軸的磨損。

2.3 軸承箱防水密封

主軸線速度小于3 m/s，軸承箱潤滑壓力為常壓，軸承箱密封采用羊毛氈密封理論上較為可行。羊毛氈密封適用于線速度VC≤3 m/s 的低速、常壓，用于密封油脂的電機、齒輪箱等，優點是富有彈性、結構性能穩定、隔熱、隔音性能好、組織緊密空隙小、耐磨性良好等。采用該密封方式要求主軸與軸承箱的動、靜密封間隙越小越好，但因為密封間隙較小，一旦主軸運轉偏離軸承箱的中心軌跡，將造成動、靜部分相互摩擦而導致損壞。另一方面，由于主軸轉速較低，動、靜摩擦后不會產生較高的高溫，所以主軸的磨損很難被發現，往往會造成較嚴重的主軸損壞。

2.4 旋轉濾網沖洗水和擋水罩

旋轉濾網垃圾的收集采用沖洗水（海水）。利用多個噴頭對附著在濾網上的垃圾進行沖洗，將其沖至收集槽。為防止污染周圍環境，還設置有擋水罩。由于沖洗水量較大并產生飛濺，擋水罩需要進行密封。密封過于嚴密將造成海水形成大量的水霧，影響軸承箱羊毛氈的密封效果。

3 解決方法

3.1 潤滑脂加注方式改造

將原來的旋壓式油杯補注的潤滑脂加注方式改為油槍補注，并在靠近海水側的軸承箱端蓋上增加了2 個油嘴。通過油槍定期進行補油脂，使軸承箱內部始終充滿油脂，以避免海水進入。改造后的軸承箱結構如圖4 所示。

圖4 改造后軸承箱結構

3.2 軸承箱密封改造

在原有的羊毛氈密封基礎上，根據主軸外徑尺寸增加了一道VA 水封V 形防塵密封圈，用于防止飛濺的海水進入軸承箱，相當于多了一道防水措施（圖5）。為提高原軸承箱（球墨鑄鐵）的耐腐蝕性能，在軸承箱密封端蓋表面采用激光熔覆方法焊接一層耐腐蝕材料（圖6）。

圖5 主軸兩側增加擋水環

圖6 密封端蓋表面激光熔覆

3.3 擋水罩通風改造

為減少運行中擋水罩內部形成較大的水霧，造成軸承箱密封失效，在擋水罩頂部進行必要的通風，以減少水霧經過羊毛氈進入軸承箱。

3.4 加強日常維護

在日常維護中采取了如下措施：①加強設備巡檢，對出現的異響加以分析和排查；②定期檢查限位報警是否準確，檢查鏈條漲緊度，并適時調整；③按廠家維修手冊要求，每季度進行一次檢查補充潤滑脂；④嚴格控制潤滑脂，選用耐水性好的鈣基脂；④保持防水罩內的常壓狀態，并嚴格控制沖洗水壓力小于0.4 MPa。

4 結束語

為解決海水取水系統旋轉濾網運行中出現的故障，針對旋轉濾網主軸軸承箱的設計缺陷，從軸承箱密封結構、補注潤滑脂方式、軸承箱材料等方面進行了技術改造。改造后，設備運行可靠性得到了很大程度的提升，故障次數明顯減少。為確保設備正常運行，在對設備定期進行預防性維護的同時，還要加強設備的巡檢維護，發現問題及時排查、處理。