某轮3号发电球机前端轴承运行温度过高的原因分析与处理

某轮3号发电球机前端轴承运行温度过高的原因分析与处理 中海国际广州分公司  陈建云 某大型集装箱船，上海沪东中华船厂建造，2004年3月出厂。船上配备4台发电机，发电原动机型号WARTSILA 6R32LNE、制造厂WARTSILA、功率2430kw、转速720RPM。发电机由France制造、WARTSLA ABB提供，型号AMS630L10、电压440V 频率60Hz、容量2900KV.A。开航期间常用一台发电机，常用功率1250kw~~1550kw,机动操车期间使用2台，船艏侧推器启动前使用3台发电机。 1 发电机轴系的基本构成 发电机转子由前、后两个轴承支撑在其基座上，前轴承还带有承受发电机轴向推力的前、后两个推力环轴承。发电机转子通过两个高弹性胶圈联轴器和飞轮与原动机曲轴联接，曲轴在飞轮端安装有承受轴向推力的原动机前、后推力环轴承。 如图1所示。 2 初始故障现象 该轮No.3发电机前轴承运行温度大约从2007年9月份开始偏高，正常情况下大于80℃。在同等条件下，与其它3台机相比，约高出10℃，但其自由端轴承温度和发电机三相绕组温度都处于正常状态，其他没有发现异常。轴承温度出现异常后，主管人员一直想方设法寻找故障原因，但一直无法找到并确认真正的原因，只能做到尽量少用No.3发电机，直到2008年12月份，轴承运行温度已超过90℃的报警温度，不敢再运行该机了。 4台副机的运行情况表 机号 2007.12.31 2008.12.31 2009.11.31 2007~2009 运行总小时 副机运行总小时 NO.1 11278 14600 16852 5574 NO.2 7479 10969 13633 6154 NO.3 10518 12189 12861 2343 NO.4 9537 10896 13516 3979           3 故障原因查找与分析之一 2008年12月14日，船员根据公司机务主管的指示要求，做了如下的工作来研究与查找故障原因。 ● 检查并确认发电机轴承滑油牌号，与说明书一致，并更换滑油。 ● 测量发电机轴的径向跳动量0.15mm，轴向跳动量0.97mm,联轴器开口偏差0.6mm,测量参数与其它机相比，无异常。 ● 测量原动机拐档差，参数正常。 ● 发电机机架及地脚、弹性底座检查,未发现异常。 ● 测量原动机轴的径向跳动量0.15mm，正常。 ● 拆下前端轴承上轴瓦,该轴瓦有三个摩擦面，前、后及内表面。发现上、下轴瓦靠近原动机端的轴向推力环面有发热迹象、磨损严重，有白色金属屑片，其摩擦面四周有毛边，而其靠近发电机端的轴向推力环面正常。 ● 盘车检查轴的表面，未发现异常。上轴瓦内表面状态很好，光亮如新。 ● 欲拆下发电机下轴瓦检查，但未成功。轴承滑油内有金属屑。 ● 检查确认前推力环轴承承受了太大的负荷，其轴承合金被挤出外面。 4 故障原因查找分析之二 2008年12月25日，船员再次对该轴承进行解体，拆下了上、下轴瓦。 ● 上、下轴瓦靠近原动机端的轴向推力环面进行了打磨，去除毛边。下轴瓦内表面状态正常，磨损量正常。 ● 拆、装下轴瓦都很困难。如果发电机转子能向驱动端移动1毫米，轴瓦安装就会轻松的多。 ● 为什么前轴承的前推力环面会被挤压并承受较大的负荷？这是引起该推力环轴承面磨损、发热的原因。 ● 发电机转子有向自由端轴向移动的倾向，但原因不明。 ● 若人为将转子向驱动端移动后，在发电机运行时，转子是否还会向自由端移动？ 5 发电机高弹性胶圈联轴器构成 如图2所示，由两个高弹性胶圈、连接钢圈、连接螺栓、发电机轴毂等组成。高弹性胶圈通过连接螺栓与飞轮圈联接，轴毂通过键与发电机轴紧配合连接，联轴器给发电机转子传递动力扭矩，并起到缓冲、减振作用。 6 采取的修理措施 专业厂家“瓦锡兰”工程人员对No.3发电机轴承发热问题进行了深入的分析研究，认为发热原因是发电机推力环轴承没有间隙，推力环轴承承受太大的轴向推力而摩擦发热，推力环轴承白合金磨损并被挤压变形。 ● 2009年3 月8 日，在高弹性胶圈固定环与轴毂连接钢圈之间加装一个厚度为4.5mm的垫片（如图2所示）。目的是把发电机转子整个往原动机方向拉动，使发电机前推力环轴承产生间隙。调整后发现原动机推力环轴承前间隙为零，发电机后推力环轴承间隙也为零，随后又将该垫片取出，然后装复联轴器，检测原动机推力环轴承间隙，仅有0.02mm的移动量，因此，瓦锡兰服务商认为目前状态下，该机组不适合使用。 ● 3 月31 日，加装一个厚度为3.1mm的垫片，把连接钢圈固定螺栓上紧后，测量发电机推力轴承前间隙为0.15mm，后间隙为0.35mm。这次调整服务商认为不好，于5月1日再次重新调整前推力轴承的间隙，加装3.4mm的垫片，推力轴承前间隙为0.45mm、后为0.05mm。 ● 修理后使用No.3发电机，前一个月，轴承温度正常，后来轴承温度慢慢比正常温度高出6-7度，但可以在环境温度低的情况下或短时间（靠离码头）使用。调整后5月份，NO.3电机使用10天，6月份使用了14天，7月份仅使用了3天，前轴承温度又超过90℃报警，轴承发热问题又出现了，仅使用了640小时。 7 故障原因再次查找与分析 7月18日、9月2日船员两次重新拆检发电机前轴承，发现了一些异常情况。船员写出《No.3发电机运行时前轴承温度偏高原因分析报告》上报公司，寻求岸基支持。 ● 测得推力轴承前间隙又变为零、后间隙为0.56mm，及推力轴环表面有过热变色迹象。推力轴承与发电机轴轴向支撑环面贴得非常紧，以至轴承上瓦卡死，很难拆出。 ● 船员再次拆开发电机联轴器的两个弹性圈，用照相机对准联轴器的轴毂与发电机轴端面拍照片，并用肉眼观察，可以看出它们有轴向位移的痕迹，这表明轴毂与发电机轴之间的咬紧力不够，已发生移位。 ● 该发电机的联轴器与NO.1、NO.2、NO.4发电机联轴器在安装上有点异样，NO.3发电机联轴器靠近发电机轴端的间隙大很多，测量出为6.4mm，如图3所示，而其它3台机是紧贴的。 8 故障原因的分解与推理 服务商为了调整发电机前轴承的推力轴承的前间隙，在联轴器上添加了垫片，就是“人为将发电机转子向原动机方向移动”，从而让发电机前轴承紧贴的推力轴承产生间隙，但如果垫圈太厚（4.5mm），造成发电机前端轴承的后推力轴承间隙为零时，发电机转子不能再被往前拉动了，此时也会使曲轴往发电机方向拉动，从而使原动机推力环轴承前间隙变小，甚至为零，所以调整时必须计算准确，采用合适的垫片。 ● 实际上轴承间隙调整好后，在发电机运行时，转子还会向自由端移动，发电机前端轴承的推力轴承被挤压，造成前端轴承过热。 ● 依据2008年12月份以来的多次拆检记录及发电机使用过程中故障出现的现象分析，造成发电机前端推力轴承前间隙为零。原因应该是发电机轴端联轴器的轴毂与轴有少量的轴向滑动了。 ● 原动机曲轴带动发电机转子转动，其扭矩会给转子产生轴向往后的推力，转子被轴向推力所推动，而轴毂固定在联轴器上，如果轴毂与轴有松动，即会产生位移，造成前端推力轴承间隙为零，并承受较大的负荷，温升较高、发热，最终通过轴承润滑油温高表现出来。 9 可行的修理方案 ● 联轴器轴毂与轴恢复到正常位置，然后在轴端用圆盘与螺栓固定，防止轴毂与轴再次产生滑移，保证发电机推力轴承不要承受太大的负荷。 ● 依据“瓦锡兰”服务商的调整方法，再次加厚垫片（厚度应该为3.8mm，目前服务商所加垫片厚度为3.4mm。），然后在轴端用圆盘与螺栓固定，防止轴毂与轴再次产生滑移，保证发电机推力轴承不要承受太大的负荷。 连接钢圈的轴向外圆是锥形面，连接钢圈的径向面与弹性胶圈连接钢环之间增加3.8mm的垫片之后，会使高弹性胶圈连接钢环内圆面与连接钢圈的锥形面接触面减小，高弹性胶圈连接环与连接钢圈之间的力矩传递会全部集中在连接螺栓上，发电机运行负荷大、传递力矩大时，有可能造成连接螺栓被传递力矩剪切断的事故，所以加垫片的方案不是最佳方案。 10 再次采取的修理措施之一 2009年10月20日，瓦锡兰”柴油机服务人员上船进行修理，但仍没有制定出有效的解决措施，他们怀疑联轴节的两个高弹性圈和发电机前端联轴毂上的连接角环（Angle ring）存在问题，把联轴器的两个高弹性胶圈和发电机端轴毂的连接钢圈拆出送岸检验。 ● 他们在拆检中也同样认为发电机端联轴器的轴毂与发电机端轴有明显的滑移，由此推断其造成发电机转子轴被迫往自由端移位，造成NO.3发电机前端推力轴承间隙为零。 ● 检验结果显示两个高弹性胶圈已发生变形，如图5所示的原设计尺寸146±0.5mm变为现在的143.7mm,这意味着高弹性胶圈往原动机方向变形约2.3mm。为什么会变形呢？是因为轴毂在发电机端轴上滑移后，造成发电机前端推力轴承被压迫，间隙为零，原动机后推力轴承也受到压迫，间隙为零，这样在发电机停用期间，高弹性胶圈长期承受一个往原动机方向的顶推力，使高弹性胶圈向原动方向变形，才能适应轴毂与轴的移位。 ● 2009年12月8日，“瓦锡兰”柴油机服务人员上船装复发电机联轴器两个弹性胶圈，同时用专制的液压工具把液压油压力提升到450bar，并通过振动把联轴器的轴毂压回原安装位置，并用新车制的螺栓、圆盘轴向固定轴毂。安装完毕，测量发电机前端推力轴承间隙，前：0.6mm，后：0.03mm，不符合要求，服务人员认为此机此时仍不能使用，需要进一步研究解决方案。 ● 联轴器的轴毂虽然复位了，但由于两个高弹性胶圈往原动机轴向变形约2.3mm，必然拉动整个发电机转子往原动机轴向移动约1~2mm，这样，发电机前端推力轴承后间隙由0.56mm变为0.03mm,前间隙由0变为0.6mm,即修理前、后，发电机前端推力轴承的前、后的间隙出现相反的数值。 11 再次采取的修理措施之二 “瓦锡兰”服务商针对发电机轴承存在的问题，建议船东更换发电机前端轴承，同时也更换两个已变形的高弹性胶圈，这样原动机推力轴承的前、后间隙和发电机前端推力轴承前、后间隙才能恢复到正常值。船东认为要更换已变形的两个高弹性胶圈，备件一时很难找到，能否寻找别的解决方法。 ● 12月19日，瓦锡兰柴油机服务人员经过详细分析研究后认为，目前的状态下，发电机可以运行使用了。他们重新拆检No.3发电机前端轴承，检查调整后装复。 ● 对原动机曲拐箱也作相应的检查后，试机带负荷运行，轴承温度逐渐升高到71℃，发电机运行20小时后，温度下降到61℃。 ● 12月30日，该机已正常连续运行了190小时，拆开轴承上盖及上轴瓦，测量推力轴承前、后间隙，测量数据与12月8日所测的数据一致，没有变化，轴瓦表面没有磨损发热迹象，轴瓦工作面状态正常。测量原动机的拐档差，参数正常。 12 修理后轴承的运行状态 No.3发电机前端轴承自 2009年12月19日修复后，该机已正常运行了1200小时，轴承经过磨合，其轴承温度保持在稳定状态，工作正常。 ● 发电机功率1464KW、环境温度36℃的情况下，其前端轴承运行温度为76℃。发机功率1300KW、环境温度38℃的情况下，其前端轴承运行温度为77℃（其它发电机在同样条件下运行温度为74℃）。