可傾瓦軸承異常磨損原因分析及處理

馬庭紅，陳維志，林 波，吳應(yīng)輝，許 濤

（西南油氣田公司蜀南氣礦工藝研究所，四川瀘州 646001）

0 引言

石油化工行業(yè)的生產(chǎn)具有連續(xù)性，其生產(chǎn)裝置需要長周期穩(wěn)定運行。離心式壓縮機具有流量平穩(wěn)特性，大于喘振流量時無壓力脈動，工藝氣體無潤滑油（或密封油）污染，壓縮機體積小、重量輕、處理流量大、安裝占地面積小，高可靠性和低維護等諸多優(yōu)點，已逐漸成為石化行業(yè)提供壓力氣體的關(guān)鍵設(shè)備，故障停機會造成極大損失。可傾瓦軸承作為離心式壓縮機的關(guān)鍵零部件，其運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性對提高壓縮機穩(wěn)定性、安全性及經(jīng)濟性運行，延長設(shè)備使用壽命都具有非常重要的意義。但安裝不當(dāng)、潤滑不良、潤滑油污染、超載荷等不正確的運行方式和操作都可能引起可傾瓦軸承異常磨損乃至失效損壞。

1 設(shè)備情況

某壓氣站主要功能為過濾分離、增壓輸送。采用國產(chǎn)電驅(qū)離心式壓縮機組，機組配置為1 用0 備，單臺裝機功率8.8 MW，壓縮機組為沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司生產(chǎn)的PCL502 管道壓縮機，壓縮機與原動機之間采用膜片聯(lián)軸器直接聯(lián)結(jié)，壓縮機和增速齒輪箱采用聯(lián)合安裝底座，電機采用單獨安裝底座，整個機組采用潤滑聯(lián)合油站供油，壓縮機軸端密封采用四川日機密封股份有限公司提供的干氣密封，原動機采用上海電氣集團上海電機廠有限公司提供的電機。壓縮機組設(shè)計增壓輸量1717×104Nm3/d～2006×104Nm3/d，最大增輸能力2102×104Nm3/d；最高轉(zhuǎn)速9374 r/min，額定轉(zhuǎn)速8927 r/min；壓縮機組目前增輸氣量為1729×104Nm3/d，進氣壓力4.16 MPa，排氣壓力4.73 MPa。

PCL502 管道壓縮機主要由定子（機殼、隔板、密封、平衡盤密封、端蓋）、轉(zhuǎn)子（軸、葉輪、隔套、平衡盤、軸套、半聯(lián)軸器等）及支撐軸承、推力軸承、軸端密封等組成（圖1）。

圖1 PCL502 離心壓縮機總圖

PCL502 管道壓縮機支撐軸承采用可傾瓦軸承（圖2），可傾瓦軸承通常由3～5 個或更多個能在支點上自由傾斜的弧形瓦塊組成，因此又稱活支多瓦形支持軸承，也稱擺動軸瓦式軸承。該壓縮機組可傾瓦軸承有5 個瓦塊，5 個瓦塊等距地安裝在軸承體的槽內(nèi)，用特制的定位螺釘定位。瓦塊內(nèi)表面澆鑄一層巴氏合金，由鍛鋼制造的軸承體在水平中分面分為上、下兩半，用銷釘定位、螺釘緊固；由于瓦塊能隨著轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度的不同而自由擺動，在軸頸周圍形成多油楔，且各個油膜壓力總是指向中心，因此具有較高的穩(wěn)定性（圖3）。

圖2 可傾瓦軸承結(jié)構(gòu)

圖3 可傾瓦軸承工作原理

2 拆檢情況

2021 年9 月，壓氣站按照安排對該離心式壓縮機組進行計劃性年度檢修，停車之前機組各運行參數(shù)正常，壓縮機組在線狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)無明顯異常溫度、振動、位移等變化。拆檢前使用紅外線對中儀檢查核實電機與加速齒輪箱、加速齒輪箱與壓縮機組對中情況均符合安裝要求；檢查離心式壓縮機組軸向軸承和徑向軸承間隙均在規(guī)定范圍內(nèi)；拆檢可傾瓦軸承和止推軸承發(fā)現(xiàn)驅(qū)動端可傾瓦軸承下端兩只瓦塊有5 cm×1.5 cm 長條狀明顯的磨損痕跡，可見少許巴氏合金碾壓脫離，異常磨損明顯（圖4）。同時發(fā)現(xiàn)各推力軸承、可傾瓦軸承測溫探頭都有退出的現(xiàn)象，未能正確插入瓦塊溫度探頭檢測孔內(nèi)（圖5），不能真實地反應(yīng)瓦塊的溫度。

圖4 驅(qū)動端可傾瓦軸承異常磨損

圖5 測溫探頭未正確插入瓦塊溫度探頭檢測孔內(nèi)

3 原因分析

3.1 安裝不當(dāng)

（1）瓦塊安裝不正確，不能自由擺動，形不成多油楔，不利于油膜的形成，減少了支撐柔性,不具備吸收轉(zhuǎn)軸振動能量的能力，會造成潤滑不良和振動加劇，加快軸承損壞。

（2）不正確的徑向間隙和軸向間隙，都會造成油膜形成困難、軸承潤滑不良、振動增大、磨損異常。

（3）離心式壓縮機的對中必須了解機組冷態(tài)找正數(shù)據(jù)文件，經(jīng)過冷態(tài)找正后使機組運行過程中不會因熱梯度、壓力梯度、軸位移等引起的熱膨脹而超過支撐軸承的間隙范圍，從而保證機器的熱態(tài)對中，也能有效延長軸承壽命，保證機組高效平穩(wěn)運行。

3.2 潤滑不良

（1）在壓縮機瞬間啟動時，由于轉(zhuǎn)子自身重量下壓，造成下部瓦塊油膜形成不好，導(dǎo)致巴氏合金磨損。

（2）壓縮機進油油壓和油溫是否過低或過高。油壓過低會導(dǎo)致進油量不夠，潤滑不足；油溫過低導(dǎo)致油膜形成不好，都會導(dǎo)致軸瓦巴氏合金磨損。油溫過高冷卻軸承的效果不好，造成軸承溫度升高；此外,油溫升高還會使?jié)櫥偷酿ざ认陆?，容易引起局部油膜破壞，潤滑失效，降低軸承的承載能力，甚至發(fā)生潤滑油碳化而燒瓦。油溫過低，會使油的黏度增加，從而使油膜潤滑摩擦力增大，軸承功率損耗增加。此外，還會使油膜變厚，產(chǎn)生因油膜振動引起的機器振動。因此，潤滑油進油溫度不應(yīng)低于25 ℃，出油溫度不高于60 ℃，一般保持油系統(tǒng)內(nèi)油溫在45 ℃左右。

（3）機組停車，特別是非計劃停機時，對于無高位油箱、靠事故油泵保證壓縮機惰轉(zhuǎn)潤滑的壓氣站，油泵是否有?；蛘呤鹿视捅梦茨芗皶r啟動的情況，如壓縮機停車時油泵停止運行會導(dǎo)致軸瓦沒有進油，壓縮機惰轉(zhuǎn)時軸瓦沒有進油會導(dǎo)致軸瓦巴氏合金很快磨損。

3.3 軸承污染

污染也會導(dǎo)致軸承過早損壞。污染是指由于特殊原因造成潤滑油質(zhì)量變差，以及由于隔離氣過濾太差，造成有金屬屑、粉塵等進入軸承內(nèi)部。主要原因包括：安裝時工作環(huán)境不清潔，軸承清洗不到位；軸承的工作環(huán)境不清潔、工作介質(zhì)污染等。

3.4 軸承疲勞

疲勞破壞是軸承常見的損壞方式。常見的疲勞破壞的原因有：軸承長期超負荷運行，未及時維修，維修不當(dāng)，設(shè)備老化等。

3.5 磨損原因判定

離心式壓縮機檢修拆檢過程中檢測的對中數(shù)據(jù)和軸向、徑向間隙都在規(guī)定范圍內(nèi)。查閱在線狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)，除軸心軌跡圖有不具特別意義的不規(guī)則以外，其余振動、位移數(shù)據(jù)無明顯異常。該機組潤滑油一直使用廠家推薦油品并按時化驗，油品不存在污染問題。而且該機組一直未在負載范圍內(nèi)運行，從投運到目前不到一年時間，不存在超負載和超保問題。

回裝過程中發(fā)現(xiàn)，該機組可傾瓦套入軸位置時如果不使用專用工具只能借助鋼片撥動瓦塊才能裝入，稍有不慎會劃傷瓦塊的合金面。根據(jù)本次年度檢修拆檢和回裝情況，結(jié)合機組運行數(shù)據(jù)以及壓縮機組在線狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)綜合分析，本機驅(qū)動端軸承出現(xiàn)的異常磨損，主要還是安裝過程未正確使用安裝工具（造成瓦塊劃痕），以及干線增壓過于頻繁的啟停，啟動瞬間由于轉(zhuǎn)子自身重量造成下端瓦塊油膜形成不好，潤滑不良，導(dǎo)致巴氏合金磨損。瞬間碾壓摩擦或軸承瓦塊測溫探頭安裝不到位，不能及時準(zhǔn)確反應(yīng)瓦塊溫度也是在線狀態(tài)監(jiān)測及故障分析系統(tǒng)未能檢測到溫度異常的一個原因。

4 處理及改進措施

（1）處理措施：由于庫房有庫存?zhèn)浼?，測量后更換驅(qū)動端可傾瓦軸承5 只瓦塊。更換下來的異常磨損瓦塊用水砂紙打磨，并進行著色探傷，判斷有無裂紋，無明顯磨損的瓦塊探傷合格后做為備用。確保可傾瓦測溫探頭正確深入檢測孔內(nèi)，并重新固定可傾瓦測溫探頭避免運行過程中脫出影響測溫的準(zhǔn)確性或轉(zhuǎn)動部件損壞探頭，保證其可靠性。嚴(yán)格按照《PCL502 離心式壓縮機維修手冊》相關(guān)要求進行安裝，檢測徑向和軸向間隙。安裝完成后對機組重新進行對中檢測，確保機組運行中軸對中良好。

（2）改進措施：嚴(yán)格執(zhí)行Q/SY 1239—2009《工作循環(huán)分析管理規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，定期對操作和修保規(guī)程進行工作循環(huán)分析（JCA），確保設(shè)備的正確操作和維護保養(yǎng)。定期檢查潤滑油質(zhì)量，分析油中的固體物質(zhì)含量以及化學(xué)雜質(zhì)，以確定潤滑油的物理性質(zhì)，建立油中所有污染物的程度以及種類的信息，油品顆粒污染度不高于8 級；若長期儲存，至少每星期盤車一次，停車超過24 h，啟機前必須手動盤車2～4 圈，通過盤車可以檢查出泵內(nèi)部部件和螺桿是否摩擦。啟動前對潤滑油充分循環(huán)加熱到規(guī)定油溫，必要時通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進油總管的主油壓（正常油壓為0.245 MPaG）及各供油支管的油壓（支撐軸承潤滑油壓力0.03～0.10 MPaG，推力軸承潤滑油壓力0.025～0.13 MPaG），并保證潤滑油站儲能器正常投運，確保油系統(tǒng)壓力平穩(wěn)可靠。定期測試事故油泵的可靠性，確保主、輔油泵異常停止時事故油泵能正確啟動。嚴(yán)格按照《PCL502 離心式壓縮機維修手冊》進行維護保養(yǎng)，特別是對可傾瓦的回裝有條件的情況下，必須使用專用工裝，嚴(yán)禁使用銳利的鋼片撥動瓦塊的安裝方式。下一年度檢修時，拆檢驅(qū)動端可傾瓦軸承，進一步驗證此次故障原因和預(yù)防措施的有效性。

5 結(jié)語

通過分析檢修過程中的異常情況，找出問題根源?？偨Y(jié)經(jīng)驗，制定改進措施，減少類似故障的發(fā)生，為離心式壓縮機高效、平穩(wěn)運行打下基礎(chǔ)，也為離心式壓縮機組在西南油氣田的應(yīng)用提供理論和技術(shù)支撐。