制硫风机故障原因分析及处理方法

黎晓勇

（中国石油独山子石化分公司设备检修公司炼油钳工车间，新疆 独山子 833699）

5×104t/a 硫磺回收及尾气处理单元的制硫风机K-101/A,B 是唐山清源环保机械公司提供，型号为D-260-41 的四级离心式鼓风机，其作用是为制硫燃烧炉中的原料气提供足量的空气中O2，使H2S 燃烧后生成SO2的量满足H2S/SO2接近于2，H2S 与SO2在炉中发生高温反应生成气态硫磺，完成制硫过程并生产出合格的硫磺产品。

在装置水联运过程中，两台制硫风机均出现轴承温度偏高，润滑油脂沿轴向溢出，并造成滚动轴承的烧损，严重影响二联合装置的正常生产。

1 故障判断与原因分析

1.1 故障判断

根据制硫风机滚动轴承烧损情况判断，其原因有以下几点：（1）滚动轴承润滑不良；（2）滚动轴承轴向间隙不合适；（3）滚动轴承与轴及轴承盒的配合不符；（4）离心式鼓风机工况设计不合适；（5）装配间隙不当或配件不合格。

1.2 原因分析

对两台离心式鼓风机K-101/A,B 进行解体发现：K-101/A 润滑脂正常，轴承保持架损坏；叶轮口环径向面均有磨损；K-101/B 润滑脂正常，轴承保持架损坏、轴承内圈抱轴，轴变色发蓝，叶轮口环径向均有磨损，盘不动车。

图1 K-101/B 滚动轴承烧损图片

表1 检修时对相关数据进行了测量，数据如下：（单位：mm）

由表1 得：K-101A/B 轴承内孔与轴的配合为（过盈配合）79.99-79.98 ＝0.01mm；K-101A 轴承外圈与轴承盒的配合为（过盈配合）170-169.98 ＝0.02mm；K-101B 轴承外圈与轴承盒的配合为（过盈配合）170-169.97 ＝0.03mm。

根据以上数据和现象进行分析，作者认为厂家设计和制造存在问题，即原因（3）、（5）是造成故障的主要原因。

1.3 存在问题的校验与计算

1.3.1 滚动轴承内径与实心轴配合过盈量的选择和校验

滚动轴承与轴采用过盈配合，其所需配合的过盈量与轴承载荷的大小，工作温度以及轴的加工精度有关。

在载荷作用下，配合表面的凸点被压平，在安装前测得的轴径和内圈孔径之差即为名义过盈量Δd 将略为减小，其有效过盈量ΔdY为：

式中，ΔdY为有效过盈量（μm)；Δd 为测量的过盈量（μm)；d 为轴承公称内径（mm)；A 为常数，磨削轴A=3，精研细A=2。

在载荷作用下，内圈材料在径向受到压缩，使内圈在圆周方向胀大，因此，使配合比无载荷时为松。由此引起的过盈量的减小值近似为

式中，ΔdF为由载荷引起的过盈量的减小值（μm)；B为内圈宽度（mm)；Fr为径向载荷(N)。

如果轴承内部温度比轴承座周围的温度高ΔT（ºC），则内圈和轴在配合处温度约为0.12ΔT，用轴承钢制造轴承，由此温差引起配合过盈量减小值ΔdT ≈0.0015ΔT·d（μm)。

为了防止内圈和轴之间产生“打滑”现象，对于实心轴，内圈承受旋转载荷时，必须满足ΔdY-ΔdF-ΔdT ≥0。

表2 K-101A/B 滚动轴承有效过盈量计算式中的相关数值

所以选用的名义过盈量可近似由下式计算：

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

结论：K-101A/B 轴承内孔与轴的实际过盈量为0.01mm与理论校验选择的过盈值Δd 相符。

1.3.2 滚动轴承外圈直径与轴承盒内孔的过盈量的选择和校验

滚动轴承外圈与轴承盒内孔多采用过渡配合，其所需配合与轴承载荷的大小、工作温度以及轴承盒的加工精度有关。

表3 向心滚动轴承外圈与轴承盒配合公差带标准（摘自：几何量公差与检测）

根据上表查得：K-101A/B 轴承外圈与轴承盒内孔的配合选用φ170Js7/h6（±0.02/0-0.025）。

图2 K-101A/B 轴承外圈与轴承盒内孔配合公差带图

从图2 可以计算出轴承外圈与轴承盒内孔配合的极限公差值：

（1）最大间隙值＝轴承盒内孔上偏差-轴承外圈下偏差＝＋0.02-（-0.025）＝0.045mm

（2）最小间隙值＝轴承盒内孔下偏差-轴承外圈上偏差＝＋0.02-0 ＝0.02mm

（3）最大过盈值＝轴承盒内孔下偏差-轴承外圈上偏差＝-0.02-0 ＝-0.02mm

现场监测K-101A/B 轴的工作温度为105℃，轴承盒的工作温度为48℃（轴承盒夹套内走冷却水）；考虑到滚动轴承工作时的热膨胀的影响，选择（1）、（2）将轴承外圈与轴承盒内孔配合的极限公差值控制在（间隙配合0.02 ～0.045mm）；而实际K-101A 轴承外圈与轴承盒的配合为（过盈配合0.02mm），K-101B 轴承外圈与轴承盒的配合为（过盈配合0.03mm），不能满足滚动轴承的运行工况。

结论：轴承盒内孔直径尺寸控制过小，造成轴承gogn工作时的过盈量太大，严重影响滚动轴承的工作游隙，这也是造成滚动轴承烧损的主要原因。

2 改造方案的提出与实施

（2）轴承盒内孔与托架止扣的同轴度偏差上车床修正到0.02mm 以内。

（3）将叶轮口环与壳体口环的径向直径间隙由原1.2mm放大到1.6mm。

3 改造效果

（1）改造后试车，效果很理想，顺利通过了工艺验收和考核期，各部监测数据均为正常。

（2）通过上述措施的改造，消除了制硫风机K-101/A,B 轴承故障，提高了设备的运行周期。