可倾瓦轴承故障模式及其故障树的定性分析

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Qualitative Analysis of Tilting-pad Bearing Failure Mode and Fault TreeCHEN Lingling，YANG Jianfeng(Chemical Safety Engineering Research Center of Ministry of Education，Beij ing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China)Abstract：Compared with other bearing，the advantage of every tile of bearing is free-swinging，tilting-pad bearing has beenwidely used in the steam turbine，compressor，and other high-speed rotating machinery in the modern petrochemical enterprises。

The paper introduced the main factors which influence the tilting-pad performance，analyzed the tilting-pad bearing fault mechanism，and concluded tilting-pad bearing failure modes.The paper also began from the tilting-pad bearing fault mechanism and failuremodes，then，drew the fault tree model according to the failure information of the bearing and layer-by-layer analysis.The mainpurpose of this method is preventing similar accident happen again by taking effective measures。

Key words：tilting-pad bearing，failure mode，fault tree可倾瓦轴承是 由 3～ 5块或更多块 巴氏合金组成 ，与其他轴承相 比，其优点是每-块瓦均能 自由摆动 ，在任何情况下都能形成最佳油楔，其高速稳定性非常好 ，不易发生油膜振荡 ，适用 于高压转子 ，在汽轮机和离心式压缩机应用广泛。工作时 ，瓦块 的摆动主要受载荷、转速及轴承温度变化 的影 响l1]。瓦块的自由摆动使得可倾瓦具有较好的减振性，使烟气轮机的抗振能力得到有效地提高 。

1 影响可倾瓦性能的主要因素可倾 瓦作为径向轴承 ，其作用是承担转子重力和由于不平衡产生离心力的负荷以及烟气参数变化所带来 的负荷 ；固定转子的径 向位置确保转子和定子的同心度；保证轴颈与轴承间有效的油膜润滑l2]。

可倾瓦轴承结构复杂 ，安装检修困难 ，成本高 ；因此 ，可倾瓦的正常使用与维护就显得尤为重要。影响烟气轮机可倾瓦轴承性能的主要因素 总结如下。

1.1 宽径比轴承的宽度 L和直径d之比影响着轴承的承载能力 ，随着 L/d比值增 大 ，承载能 力越 大。L/d比值过大，则润滑油不容易从轴端流走，而使轴承温度升高，存在边缘接触的危险，易造成严重磨损以及疲劳破坏 。L/d比值的理想范围为 0.3～1.5。

l2 负荷负荷对轴承 的主要影 响是负荷过大 ，难 以形成油膜 ，导致最小油膜厚度减小 ；而随着平均工作温度的升高，摩擦功耗和端面泄流量也会增加。当负荷增加超过轴承的承载能力时，就会烧瓦。

1.3 转速- 般来说 ，转速越 高，被 带进的润滑 油也就越多 ，这样油膜压力也越大 ，最小油膜厚度增 大，承受的负荷也就越大；但是，轴承平均工作温度会随着转速增高而升高，此时，摩擦功耗和端面泄流量也会增加 。

2 轴承的故障机理失效是在预期寿命内，轴承使用性能的劣化或损伤导致不能正常工作。导致烟气轮机轴承发生故障的因素十分复杂，常见是刮伤和磨损、咬黏 (胶合)、疲劳剥落、腐蚀、侵蚀和烧瓦。下面介绍几种常见的烟气轮机轴承失效模式L4 ]。

2.1 刮伤和磨损颗柳入轴承会与轴颈-起运动，在轴承表面上会呈现出线状划痕。当硬颗柳入到轴承瓦块的《新技术新工艺》质量控制与故障分析 r93新技术新工艺 2013年 第 4期摩擦表血时，若接触应力较小，它们会嵌入瓦块表面创成线状刮伤，当硬颗粒又脱落时会造成点状刮伤。

刮伤会使摩擦副变得粗糙，使润滑油膜的承载能降低，并导致新的刮伤摩擦表面，形成恶性循环。cn1果接触应力较大，会使轴颈表面和轴承瓦块磨损 .造成轴颈和轴瓦的几何尺寸与形状改变、精度丧 ，犬及轴承间隙变大 ，导致轴承性能下降。另外 ，油膜破裂时，轴颈表面的轮廓峰将会刮伤轴承，出现许多线状划痕 。

2.2 咬黏 (胶合)轴颈与轴瓦在润滑油膜破裂或缺油状态下会直接接触 ，使温度升高 ，产生轴颈和轴瓦 的热变形 ，使轴承间隙会逐渐减小 ，轴颈与轴 瓦的接触面积逐渐增大，摩擦热量迅速增加 。温度上 升至轴 瓦金属熔点温度时，它们表面的低熔点金属将发生软化流动 ，并最终黏焊在-起 ，产生抱轴”现象 。对 流体动压润滑轴承，其动压效应对轴承间隙非常敏感。轴承间隙过小时 ，润滑油的流动会受阻碍 ，不能将轴承热量顺利带走，这又加剧轴承温度的上升，导致咬黏(胶合)，此现象也是轴承的损伤现象之-。

2.3 疲劳剥落交变应力作用在轴承表面产生失效。滑动轴承在正常使用条件下 ，交 变负荷通过润滑油膜传递 到轴承的工作表面。轴承表面区的拉 应力 、压应力 和剪切应力随着润滑油膜压力的变化而产生。在这些应力(特别是剪切应力)的作用下，轴承表面会萌生裂纹 ，且沿着最大切应力的方向由表面向内部扩展 。

此外 ，由润滑油膜破裂产生咬黏造成 的划痕会成为新 的裂纹源，并在轴承运转过程 中不断地扩展 ，形成疲劳失效 。

由于轴承工作表面润滑油膜的厚度和形状发生改变及润滑油膜的破裂，使轴承的工作表面与轴颈接触 ，产生摩擦 热和咬黏现象 。有 时由于外来硬质点部分嵌入轴承表面 ，使轴承摩擦发热 ，表面温度升高 ，产生热应力 ，导致疲 劳裂纹 的萌生和扩展 ，形成疲劳剥离 。在疲劳失效中，由于轴承咬黏撕裂 ，形成新的疲劳源并在热应力作用下迅速扩张剥离。

3 烟气轮机轴承故障树的绘制烟气轮机可倾瓦轴承在运行时常常受到各种复杂因素的影响，如振动、异物损伤、疲劳、腐蚀、蠕变和侵蚀等，这些因素都可能引发可倾瓦轴承的故障。

绘制烟气轮机轴承故障树的逻辑模型 如图 1所示，故障树中符号所代表的工件见表 1。

模型d1模型4e)模型5图 1 烟气轮机轴承故障树模型《新技术新工艺》质量控制与故障分析质量控制 故障分析表 1 烟气轮机轴 承故障树事件表符号 事件 符号 事件T 轴承故障 X22 装配时清洁度较差轴承磨损和X23 润滑油油压或油量不当 刮伤故障A2 咬黏(胶合) X24 设备带负载起动. ， 装配不良，污物嵌入使轴承和A3 疲劳剥落 X25 轴承座变形A4 侵蚀 X26 轴与轴承座同心度差A5 腐蚀 X27 轴与轴承接触不 良A6 烧瓦 X28 轴承过载高温运行A7 机械故障 X29 轴承的制造存在缺陷A8 油膜不完整 X30 长期离心力作用A9 轴承和轴单边接触 X31 热端部件的不均匀膨胀轴承上的载荷在轴端A10 轴承的 自激振动 X32分布不均匀A11 应力集中 X33 润滑油膜压力梯度过高AI2 微动磨损 X34 装配不合理 ，导致单边接触AI3 轴瓦温度过高 X35 超温超压下运行A14 润滑系统不良 X36 电动机存在漏电现象A15 气流激振 X37 润滑油对轴承的冲击作用A16 油膜涡动(振荡) X38 在润滑油中产生了负压部A17 瓦块摆动受限 X39 轴承发生局部高频振荡轴承的交叉 刚度和X4O 轴承装配预紧力不足阻尼关 系发生 变化A19 轴承 自身稳定性差 X41 瓦块装配过盈度不足OF 其他轴承故障 X42 轴瓦和轴承的刚度不匹配设备超负荷超速运行 X43 轴承的支承状态不佳X2 润滑不 良 X44 轴 瓦油 隙太小 ，接触 面积太 大X3 轴承过热 X45 轴瓦位置安装不正确轴瓦内润滑油量及载荷分布X4 轴承不合适不均匀X5 装配不当 X47 润滑油管道不畅或者堵塞X6 材料腐蚀性能差 X48 节流孔堵塞节流孔太小导致轴承进X7 润滑油油质变差油量不足轴承密封失效 。

X50 高负荷、大工况导致气流激振 烟气腐蚀轴承座膨胀系数X51 轴承长径 比过大过低螺栓等联接零件X52 推力轴承的稳定性较差 的磨损X 螺栓孔劣化 X53 支点变形XI2 轴承间隙过小 X54 瓦块几何干涉瓦块受到外力影响而X13 润滑油油压不当无规则摆动XI4 油孔尺寸不当 X56 轴承和轴的杨度调整不当润滑油长期使用 ，X57 轴瓦预紧力不当 沉淀物堆积轴颈和轴瓦的钨金面表面质量差，磨合不好 X58 轴承标高变化钨金浇注不良或成分不对 X59 轴承载荷调整不当XI8 轴与轴颈间落入杂物 X60 轴承载荷系数不当XI9 运行中轴瓦振动过大 X61 轴承宽度过大X20 频繁地起停 车 X62 轴 承比压过 小X21 异物嵌入和脱落4 结语本文提 出的方法是-种简单而有效的故障树分析方法。从可倾瓦轴承主要故障机理及失效模式人手，通过研究分析轴承故障的失效模式，寻求轴承故障的直接原因和间接原因，直至根本原因，从分析失效 因果关系中的顶事件开始 ，直至寻找导致故 障发生的底事件 ，由果及因，自上而下进行 ，绘制烟气轮机轴承故障树的逻辑模型。