離心式壓縮機(jī)軸電流腐蝕現(xiàn)象的分析與處理

佟永龍

摘要：離心式壓縮機(jī)作為在大型石油、化工裝置中的核心裝置，保持穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在導(dǎo)致壓縮機(jī)軸瓦溫度升高、軸位移增大、軸振動(dòng)波動(dòng)的因素中，軸電流腐蝕現(xiàn)象不容忽視。綜合分析離心壓縮機(jī)實(shí)際案例，軸電流腐蝕是通過對(duì)推力軸瓦、支撐軸瓦產(chǎn)生放電熔化造成，在破壞軸瓦、轉(zhuǎn)子的同時(shí)，也嚴(yán)重的影響機(jī)組運(yùn)行安全。軸電流腐蝕現(xiàn)象并不常見，經(jīng)常會(huì)按離心壓縮機(jī)其他類型問題進(jìn)行處理，通過了解現(xiàn)象、產(chǎn)生原因等，總結(jié)一些有效的處理措施，如：采用安裝接地裝置、改變油膜厚度及停車檢修軸瓦等，可有效的預(yù)防與處理此類問題的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：軸電流;腐蝕;軸瓦

1 ?離心壓縮機(jī)軸電流腐蝕現(xiàn)象介紹

離心壓縮機(jī)屬于高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在運(yùn)行中轉(zhuǎn)子與軸瓦中間會(huì)形成一道油膜，起到支撐、潤滑及絕緣的作用。由于轉(zhuǎn)子對(duì)地電阻的存在，在特定條件下，就會(huì)建立對(duì)地電壓。當(dāng)電壓升高到某一數(shù)值，會(huì)在電阻最小的區(qū)域流通擊穿，發(fā)生電火花放電。放電過程將熔化金屬粒子，在金屬表面形成細(xì)小的電腐蝕凹坑。

在凹坑增多后，金屬表面變得粗糙沒有光澤，如果發(fā)生在軸瓦表面將造成永久性的機(jī)械磨損。熔化的金屬粒子進(jìn)入潤滑油系統(tǒng)，將使?jié)櫥托阅芙档?，破壞轉(zhuǎn)子與軸瓦之間的油膜絕緣性，加劇電腐蝕的進(jìn)展。

由于軸電流腐蝕的作用，軸瓦表面的巴氏合金將出現(xiàn)越來越多的凹坑，這不僅會(huì)改變?cè)械妮S瓦間隙，更會(huì)導(dǎo)致油膜剛度不足，軸瓦開始受到摩擦、局部高溫，甚至燒毀。轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中也會(huì)誘發(fā)油膜渦動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子的運(yùn)行不穩(wěn)定。油膜與轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定反過來影響油膜絕緣效果，加劇電火花放電。在相互影響下最終導(dǎo)致軸瓦與轉(zhuǎn)子的嚴(yán)重?fù)p傷。

2 ?軸電流的形成原因

在發(fā)電機(jī)組中最早發(fā)現(xiàn)了由于轉(zhuǎn)子帶電產(chǎn)生軸電流造成機(jī)械元件損傷。近年來，在電機(jī)、蒸汽汽輪機(jī)及離心壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備中也多次發(fā)現(xiàn)軸電流腐蝕現(xiàn)象。經(jīng)過研究表明，這種電腐蝕是由旋轉(zhuǎn)機(jī)械中存在的軸電流造成的[1]。

從外部因素來看，有外部對(duì)轉(zhuǎn)子施加的電位。對(duì)于電機(jī)一類的轉(zhuǎn)子主要有磁力線的分布不對(duì)稱及轉(zhuǎn)子的磁化。而在蒸汽汽輪機(jī)，尤其是冷凝式汽輪機(jī)上，大量的濕蒸汽粒子相互碰撞、摩擦帶電，高速噴射的蒸汽流與汽輪機(jī)動(dòng)葉片間的摩擦所產(chǎn)生的電荷累積靜電效應(yīng)等諸多因素，都會(huì)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)使轉(zhuǎn)子大軸表面產(chǎn)生軸電壓[2]。此外，離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子在加工、裝配過程中容易產(chǎn)成靜電，使轉(zhuǎn)子帶磁。而離心壓縮機(jī)的潤滑油在通過濾芯過程中，由于濾網(wǎng)孔徑很小，僅十幾微米，油分子在不停的與濾網(wǎng)碰撞、摩擦過程中導(dǎo)致分子帶電。由于潤滑油是一種非導(dǎo)電介質(zhì)，它將會(huì)把電荷轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)子軸徑處產(chǎn)生電位。

3 ?離心壓縮機(jī)軸電流腐蝕實(shí)例診斷

軸電流腐蝕軸瓦的周期相對(duì)較長，在發(fā)生初期很難被發(fā)現(xiàn)。在軸電流腐蝕加劇過程中，壓縮機(jī)會(huì)產(chǎn)生軸瓦溫度持續(xù)升高，軸位移持續(xù)增大等現(xiàn)象。這種升高與增大的狀態(tài)通過調(diào)整壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷及軸向力無法得到有效、長期的改善。

通過總結(jié)多起離心壓縮機(jī)發(fā)生軸電流腐蝕現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：當(dāng)軸電流腐蝕發(fā)生在推力軸瓦部位時(shí)，主要表現(xiàn)為推力瓦溫、軸位移持續(xù)上漲。拆檢后的推力軸瓦及推力盤處有明顯凹坑;當(dāng)軸電流腐蝕發(fā)生在支撐軸瓦部位時(shí)，主要表現(xiàn)為支撐軸瓦溫度持續(xù)升高，轉(zhuǎn)子振動(dòng)增大并加劇。拆檢后的軸瓦巴氏合金層呈現(xiàn)坑洼，轉(zhuǎn)子有明顯磨損。

國內(nèi)某化肥廠空分機(jī)組正常開車后發(fā)現(xiàn)，增壓機(jī)軸位移持續(xù)上漲，最高達(dá)到0.52mm（報(bào)警值0.50mm、聯(lián)鎖值0.70mm），溫度上漲到101℃（報(bào)警值105℃、聯(lián)鎖值115℃）。期間通過升高推力軸承潤滑油壓來調(diào)整，軸位移和軸瓦溫度上漲趨勢沒有變化。機(jī)組拆檢軸瓦后發(fā)現(xiàn)推力瓦塊有凹坑（如圖1）、轉(zhuǎn)子軸徑處有磨損（如圖2）。

4 ?預(yù)防與改進(jìn)措施

減小或消除軸電流對(duì)離心壓縮機(jī)軸瓦的腐蝕，主要是限制轉(zhuǎn)子軸電壓的上漲。引起軸電流腐蝕的電壓一般在20V以上，造成軸瓦腐蝕的電壓在30V以上。如果將轉(zhuǎn)子電壓降低到1V以下，基本不會(huì)產(chǎn)生軸電流腐蝕的現(xiàn)象。

4.1 安裝接地裝置

通常使用的是在離心壓縮機(jī)上安裝接地裝置，用碳刷、金屬滑靴等方法使轉(zhuǎn)子接地，消除轉(zhuǎn)子靜電點(diǎn)位。將壓縮機(jī)的軸承區(qū)、潤滑油管路連接起來進(jìn)行絕緣，這樣軸瓦與支持定子部件無金屬接觸，阻斷了軸電流回路。

例如：國內(nèi)某煤制油裝置離心壓縮機(jī)組，在運(yùn)行多年后，軸位移開始上漲并有持續(xù)增大的趨勢，從剛開始的0.15mm左右持續(xù)上漲至0.45mm左右。在壓縮機(jī)軸端加裝一個(gè)導(dǎo)電線接地后，軸位移上漲趨勢停止，穩(wěn)定在0.42mm 左右。在加裝導(dǎo)電線之前，測量軸電壓達(dá)200V以上，加裝后軸電壓降至2V以下。機(jī)組停車后發(fā)現(xiàn)軸電流腐蝕現(xiàn)象，在更換軸瓦，安裝接地電刷后，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，軸位移正常。

4.2 改變油膜厚度

對(duì)于在運(yùn)行過程中已經(jīng)發(fā)生軸電流腐蝕的離心壓縮機(jī)，可采用改變油膜厚度的方法減緩腐蝕速度。如，改變潤滑油的粘度、改變軸瓦處潤滑油的供給量、改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷。

4.3 停車檢修處理

在離心壓縮機(jī)發(fā)生軸電流腐蝕現(xiàn)象后，可以先對(duì)接地裝置進(jìn)行全面檢查或加裝。除了進(jìn)行在線處理以外，還需要盡早停車進(jìn)行檢查與處理。已經(jīng)發(fā)生軸電流腐蝕的軸瓦瓦塊需要及時(shí)更換，或采用一種高性能復(fù)合金屬材料，如銅鎳合金瓦塊。由于銅鎳合金具有優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕性[3]，銅鎳合金軸瓦澆筑、制造技術(shù)已經(jīng)成熟，軸瓦逐漸在市場上應(yīng)用。轉(zhuǎn)子可以采用高斯表測量帶磁情況，一旦超標(biāo)，通過專業(yè)熱處理工藝或?qū)I(yè)消磁裝置進(jìn)行處理。

5 ?結(jié)語

在離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中，推力軸瓦、支撐軸瓦、轉(zhuǎn)子軸徑、轉(zhuǎn)子推力盤是容易產(chǎn)生軸電流腐蝕的部位。軸瓦與轉(zhuǎn)子的在受到一定程度的損傷時(shí)，如不采取措施進(jìn)行改善，軸瓦損傷與轉(zhuǎn)子損傷又會(huì)相互影響，使損傷持續(xù)加劇，軸承油膜與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)將失穩(wěn)失衡。因此，離心壓縮機(jī)在加工、制造中需要進(jìn)行有效的預(yù)防;在發(fā)生軸電流腐蝕問題后采取一些對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)：

[1]王潛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械中一種新的電腐蝕機(jī)理-軸電流腐蝕[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，24（3）：78-80.

[2]黃巍.汽輪發(fā)電機(jī)軸電流報(bào)警原因分析及處理[J].電力與能源，2018，39（4）：560-563.

[3]徐群杰.銅鎳合金耐蝕性影響的研究進(jìn)展[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，23（2）：157-162.