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火力电厂中磨煤机磨辊轴承应用讨论 |
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作者：铁姆肯公司应用工程主管 陈娟 |
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概述
在过去的几年中，火力电厂的建设取得了长足的发展。目前在世界范围内，尤其是印度和非洲地区，火力电厂的建设也仍然在蓬勃发展阶段。在中国，火力电厂在国民经济中依旧发挥着举足轻重的作用。与此同时，提高火力发电厂的生产效率，减少现有设备中的污染排放，也是近年来电厂运行中一直注重的问题。在这样的应用环境中，作为各个设备中的重要零部件，轴承产品的正确选择和使用，也将对节能减排，提高设备使用效率发挥重要的作用。下面将以磨煤机磨辊轴承为例，具体介绍如何通过对轴承的正确使用，达到减少停机时间，提高生产效率的目的。
1、磨煤机磨辊轴承的抗磨粒要求及对策
众所周知，火电行业设备是轴承最具挑战性的应用场合之一。作为火电厂关键辅机的磨煤机，在其磨辊等关键部位，轴承必须在高粉尘污染，高温、低速造成的润滑不足的恶劣环境下保证运行。在这种情况下，轴承的性能及稳定性就关乎到整个设备的稳定运行。最大限度地延长轴承使用寿命，也就意味着减少停机时间，从而提高设备工作绩效，避免不必要的停机检修带来的人力与物力上的浪费。
磨辊部位整体位于磨煤机腔室内，在工作状态下被高温煤粉所包围。煤粉颗粒很细，如果磨辊的密封稍有异常，极易通过不良的密封进入到轴承磨辊内部。由于磨煤机磨辊多采用浸油润滑，润滑油是一段时间才更换一次的。一旦煤粉进入磨辊内部，将在很长一段时间内停留在磨辊内部，成为对轴承的滚道和滚动体造成额外磨损的磨粒。这种磨粒的存在，很容易破坏轴承内本来就比较薄弱的润滑油膜，大大加剧轴承各接触面的磨损，造成轴承提前报废。图一为磨粒磨损造成轴承损坏的一个例子。图中可见，该轴承由于密封损坏后，磨粒进入轴承腔，整个轴承滚道被磨粒抛光磨损，轴承的挡边、保持架均出现严重磨损，进而造成轴承短时间内出现解体损坏。
图一 磨粒磨损造成的轴承损坏
要避免出现这样的轴承损坏，通常的做法是重视提高密封件的质量，通过密封保护轴承；通过对润滑油样的定期检查来判断是否有大量磨粒进入；通过磨煤机运行电流的检测来观察是否有额外磨擦产生等。除了这些常规的做法之外，我们也看到，由于磨辊始终工作在高粉尘的腔室内，煤粉或多或少总是会进入轴承腔，如果可以提高轴承本身的抗磨粒磨损的性能，也必将延长该部位轴承的使用周期。
可靠的产品源于可靠的材料。轴承所用钢材的纯净度、热处理工艺等会影响到轴承的抗磨粒磨损能力。钢材纯净度较好的轴承，本身杂质较少，在发生磨粒磨擦的情况下，表面的薄弱点就越少，相对轴承也就不容易损伤。另外，热处理工艺保证得到足够的轴承表面硬度，也可使轴承更加耐磨。而如果采用渗碳处理的轴承，其表面由于存在一定程度的压应力作用，对抗磨粒磨损的效果也很显著。
采用涂层技术和表面处理技术相结合更可以降低磨粒的影响，从而显著提高轴承寿命,延长维护周期。
图三所示的实验结果表明，对同样的轴承来说，存在磨粒的环境下，轴承的疲劳寿命只有清洁环境下的三分之一左右。而在同样存在中等磨粒的实验条件下，抗磨粒轴承则是标准轴承疲劳寿命的2.5倍左右。如采用专门应用在恶劣工况下的抗磨粒产品，即使在磨煤机等粉尘污染严重的应用环境中也能长时间正常运转，减少成本高昂的停机时间，延长设备维护周期，从而提高产量。
图三 磨粒环境下的轴承疲劳寿命对比
2、磨煤机磨辊轴承的润滑要求
前面提到，磨辊轴承之所以要求高，除了因为其工作于高粉尘的环境中，还由于该轴承处于高温、低速的运行环境，轴承要求的润滑条件很难满足。我们知道，润滑油膜的形成，与润滑油的粘度、两表面间的压力、相对速度以及两表面的粗糙度等都有关系。下面我们将逐一分析各个因素的影响以及我们在实际操作中应该如何利用。
首先，润滑油的粘度越大，油膜越容易行成。我们知道润滑油的粘度是随着温度的升高而下降的。在磨辊中，由于外部热空气的影响，整体温度较高。而通常磨煤机中采用的又是油浴润滑。润滑油在使用时没有循环冷却，仅仅通过轴散热，热量集聚在磨辊中，整个磨辊轴承与油是在一个较高的温度下达成热平衡。在这种情况下，就需要采用较高粘度的润滑油以期望油在工作温度下仍然能够保证粘度。另一种选择是采用粘温指数相对较高的润滑油，比如某些合成油。这样，润滑油的粘度随温度升高而下降的比率不大，也能使得润滑油在工作温度下保证粘度。
其次，要形成有效油膜，还要有一定的相对速度和合理的压力。在磨辊中，轴承的受力相对较大，这也使得滚子和滚道这两个相对运动的接触面间的压力相对比较大。这个压力如果过大，极易压破油磨。因此在这里，从轴承使用的角度出发，我们推荐采用带有极压添加剂的润滑油，以保证轴承在压力下的润滑效果。
再来看速度。这其实是磨辊轴承润滑的又一大障碍。磨辊的选择速度相对较低，一般每分钟在35～55转左右。这样的速度下要形成有效的油膜，难度就更大了。除了提高工作温度下的润滑油粘度，增加极压添加剂外，从轴承的角度来说，还可以通过以下手段来改善润滑效果。图四为轴承内滚子和滚道面接触部位的放大图。
图四 滚子与滚道面润滑示意图
们可以看到，油膜的作用是分开两个接触面，而分开的效果如何，取决于油膜的厚度以及两个接触面的表面粗糙度之和。由此我们引入一个参数λ来表征润滑效果。
图五 不同λ值下的润滑效果
如图五所示，当λ大于1时，表示两表面有效分离，润滑效果良好。而当λ小于1时，则表示两表面仍有接触。这时就会产生如图六所示的现象，由于润滑不足导致轴承表面剥落的发展过程。
图六 由于润滑不足导致轴承表面剥落的发展过程
从轴承本身出发，要使得λ系数尽量到1，可以通过降低轴承的表面粗糙度值来实现。也就是说，在这个位置，可以根据需要选择特殊的表面粗糙度降低的轴承来达到改善润滑的目的。
综上所述，在磨辊轴承的润滑问题上，我们可以双管齐下，一方面保证润滑油粘度，另一方面降低轴承表面粗糙度，从而达到更好的使用效果。
3、结束语
以上主要通过对磨辊轴承的应用环境的剖析，从抗磨粒和改善润滑这两个方面详细介绍了轴承在选择使用中的注意要点。希望通过这样的分析能够帮助广大的电厂使用者更好的选择和使用轴承，避免不必要的停机，提高整体生产效率。(end)
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(6/4/2010) |
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