壓縮機(jī)軸承損壞原因分析及對(duì)策

喬 鵬

亞東石化（上海）有限公司 上海市

一、引言

德國(guó)SIEMENS公司生產(chǎn)的壓縮機(jī)組，機(jī)組試車后于2006年3月投入使用，2007年7月，空壓機(jī)組在開車過程中，因壓縮機(jī)大齒輪北側(cè)徑向止推軸承溫度異常升高造成位移、振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值超過聯(lián)鎖值跳車。后更換了壓縮機(jī)主軸承和防靜電碳刷系統(tǒng)，機(jī)組運(yùn)行至今基本正常，但每次大修均需檢查軸承是否有靜電損壞。

二、壓縮機(jī)組概況

1.機(jī)組組成及技術(shù)特點(diǎn)

整個(gè)機(jī)組包括透平，中間軸承，壓縮機(jī)，電機(jī)/發(fā)電機(jī)及膨脹機(jī)組成。透平功率15MW，在驅(qū)動(dòng)端軸承箱上裝有一銅刷，將運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的靜電導(dǎo)掉。電機(jī)的功率是14.5MW，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)起電機(jī)的驅(qū)動(dòng)作用，正常運(yùn)行時(shí)，因膨脹機(jī)做功驅(qū)動(dòng)，電機(jī)則轉(zhuǎn)換成發(fā)電機(jī)。

2.軸承損壞狀況

止推軸承表面由于高溫和機(jī)械磨損已經(jīng)完全損壞（圖1、圖2），徑向軸承下半部分嚴(yán)重刮傷（圖3），徑向軸承的上半部分可以分成4個(gè)區(qū)域：①有刮傷的區(qū)域；②表面完整區(qū)域；③一個(gè)三角形的區(qū)域帶有暗灰顏色；④靠近中間剖分面的區(qū)域，巴氏合金由于磨損附著在表面上（圖4）。另外，止推軸承上的巴氏合金因磨損也傳遞到徑向軸承上。區(qū)域③通過放大鏡觀察可看到許多坑點(diǎn)（圖 5、圖 6）。

圖1 左半止推軸承表面高溫和磨損

圖2 右半止推軸承表面高溫和磨損

圖3 徑向軸承嚴(yán)重刮傷

圖4 巴氏合金磨損

圖5 細(xì)坑點(diǎn)

圖6 粗坑點(diǎn)

三、軸承損壞原因分析

（1）三角形的暗灰色區(qū)域③，從表面看已經(jīng)有明顯的電腐蝕跡象。

（2）從區(qū)域③切下一小快試樣在電子顯微鏡下觀察，表面上顯示象融化的坑點(diǎn)式的電腐蝕特性。

（3）在正常操作期間，尤其是啟動(dòng)和停止時(shí)，軸承表面由于電腐蝕，摩擦力增大，造成軸瓦表面巴氏合金輕微損壞，軸承溫度有升高的波動(dòng)現(xiàn)象，直至高到巴氏合金完全融化，從而造成軸瓦完全損壞。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出這一點(diǎn)。在6月停車時(shí)，軸承徑向瓦溫度有非常明顯波動(dòng)，甚至高到近90℃，此時(shí)軸瓦表面已經(jīng)有損傷，但還未到完全損壞的程度，直至7月再次開車時(shí)，摩擦力繼續(xù)加大造成軸瓦高溫，引起巴氏合金融化，軸瓦完全損壞。

止推軸承的損壞是因?yàn)楫?dāng)徑向瓦的巴氏合金融化后，擋住了止推瓦的進(jìn)油孔，止推瓦在無油狀態(tài)下瞬間燒毀。

四、靜電腐蝕原因

1.防靜電銅刷狀況

如圖7，防靜電刷安裝在透平的驅(qū)動(dòng)端，靠重力作用接觸到軸上，從而將軸上所產(chǎn)生的靜電導(dǎo)掉。

2.防靜電銅刷問題

在使用過程中發(fā)現(xiàn)，該銅刷極易磨損，只有2～3周的使用壽命，如圖8照片，磨損后該銅刷將起不到導(dǎo)靜電的作用。

3.解決靜電腐蝕措施

（1）監(jiān)視接地電流的變化。用示波器按圖9方式測(cè)量電流變化，如果電流＞0.5A，則需檢查靜電刷的狀況，若電流＞1A，說明靜電刷已經(jīng)完全不起作用，軸瓦可能受到靜電損害，必須馬上停機(jī)檢查。另外需要注意一點(diǎn)，若測(cè)量結(jié)果長(zhǎng)期沒有變化，應(yīng)檢查測(cè)量設(shè)備的功用是否完好。

圖7 防靜電刷安裝位置

（2）監(jiān)視電阻的變化。在透平兩端接線，在兩軸之間安裝一歐姆表。但透平在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，顯示的電阻值應(yīng)在 0.1～100Ω，具體值取決于電纜的長(zhǎng)度。當(dāng)機(jī)器在操作狀態(tài)時(shí)，電阻值是一個(gè)波動(dòng)的數(shù)值，但通常在100Ω，若電阻波動(dòng)的平均值在上述范圍，則說明靜電刷的工作正常，若電阻值不在這個(gè)范圍，說明靜電刷已經(jīng)有問題。

（3）改造靜電接地系統(tǒng)。以上靜電接地的測(cè)量方法只是為避免軸承靜電損壞而采取的一些臨時(shí)測(cè)量方法，要徹底解決該靜電損壞問題，則需要徹底改造該靜電刷結(jié)構(gòu)。經(jīng)過研究，并結(jié)合其他裝置該系統(tǒng)的狀況，又重新設(shè)計(jì)了一種靜電接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)將銅刷結(jié)構(gòu)改為碳刷，并將安裝位置移到靠近壓縮機(jī)端的聯(lián)軸節(jié)處。

圖8 防靜電銅刷

圖9 測(cè)量電流變化

五、效果討論

通過改造，碳刷壽命延長(zhǎng)，從以前的2～3周延長(zhǎng)到近5個(gè)月，盡管未達(dá)到預(yù)期2～3年的使用壽命，但已經(jīng)有所改善，關(guān)鍵是消除了靜電，避免了軸承的損壞。將銅刷改為碳刷后，從2008年至今，每次大修均檢查軸承的使用狀況，未發(fā)現(xiàn)軸承有靜電腐蝕跡象，可以說已經(jīng)基本消除了這一故障，目前的重點(diǎn)是在如何延長(zhǎng)碳刷的使用壽命上。