增壓機推力軸承溫度高問題的原因分析及處理

馮飛 任建明

摘 要：本文介紹了一起由于靜電腐蝕造成的空分機組增壓機軸位移上漲，推力軸承溫度高的故障，分析了故障原因以及制定了整改措施，并對類似問題進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：增壓機;靜電腐蝕;止推軸承

一、前言

空分裝置廣泛應(yīng)用于石油、化工、煤化工、冶金、化肥等行業(yè)，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展、空分裝置精細(xì)化、大型化發(fā)展，對空分裝置配套壓縮機組的需要也穩(wěn)步增長，對于壓縮機機組高效、可靠、長周期的要求也越來越高。

二、問題概述

某化工廠4萬空分機組為汽輪機雙出軸，拖動空壓機和增壓機，所配套汽輪機為凝氣式汽輪機，型號EHNKS50/71/32，增壓機為筒式離心壓縮機，型號EBZ45-6。其中增壓機設(shè)計參數(shù)主要如下：

該機組最近一次開機后，一段時間內(nèi)增壓機各項運行參數(shù)符合設(shè)計要求。運行約3個月后，發(fā)現(xiàn)增壓機軸向位移開始緩慢增大，伴隨著推力軸承主推力溫度緩慢上漲。運行約5個月后，軸位移突然上升至0.94mm，推力軸承溫度突然升高，最大超過140℃，造成機組連鎖停機。

三、原因分析

機組經(jīng)過降溫盤車后，將增壓機與汽輪機斷開，并將增壓機進行解體，內(nèi)缸返回制造廠家進行檢查修復(fù)。結(jié)合現(xiàn)場檢查和在制造廠內(nèi)的檢查，主要損傷情況及分析如下：

1）現(xiàn)場核實聯(lián)軸器檔距，冷態(tài)安裝條件下中間段預(yù)拉伸2mm，基本滿足聯(lián)軸器圖紙要求，在運行過程中不會由于聯(lián)軸器被壓縮而引入額外軸向力。

2）查記錄潤滑油油溫、油壓也在合理范圍內(nèi)。

3）轉(zhuǎn)子推力盤主推力面粗糙度下降，明顯無金屬光澤，表面有疑似烏金顆粒粘附，具體區(qū)域為與瓦塊接觸對應(yīng)區(qū)域。

4）增壓機內(nèi)部口圈及級間密封完好基本均在設(shè)計范圍內(nèi)，排除內(nèi)部竄氣的可能。本臺增壓機平衡盤密封為金屬軟密封，轉(zhuǎn)子、定子間為負(fù)間隙，可以保證更好的密封效果，進而確保平衡盤平衡殘余軸向力的作用。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)密封有輕微損壞，但基本能達到原始設(shè)計間隙，平衡盤密封失效造成推力瓦溫度高也可排除。

5）主推力瓦塊大部表面粗糙度下降，有疑似磨損痕跡，與未損傷部分有明顯分界線，整個瓦塊烏金層厚度差別較大，在瓦塊排油一側(cè)尤為明顯。

用高倍放大鏡觀察呈密集針孔、蜂窩狀，對比前期下線的瓦塊，均存在類似損傷。

推力軸承未發(fā)現(xiàn)其他明顯問題。

此外，支撐軸承瓦塊也存在類似損傷，較輕微。

6）經(jīng)過查看，在汽輪機進氣側(cè)軸承上蓋上預(yù)留有安裝接地電刷法蘭口，使用法蘭盲板封死，未安裝接地電刷。

對于凝氣式汽輪機，當(dāng)有水滴經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉片時，會在葉片上產(chǎn)生靜電聚集。若聚集的靜電不能及時導(dǎo)入地下，則在軸系上的靜電會越聚越多，與大地間的電勢也會越來越高，當(dāng)電勢達到一定程度時，則會擊穿軸承與軸系之間的油膜，產(chǎn)生火花放電，對轉(zhuǎn)子主軸及軸承造成靜電腐蝕。

前期筆者處理的離心壓縮機推力瓦溫度高的案例中，也曾在多個使用單位現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)止推軸承瓦塊存在類似損壞，如下圖所示，最終通過在汽輪機上增加接地電刷而解決。

通過檢查發(fā)現(xiàn)的問題，結(jié)合以往類似問題的處理結(jié)果，分析認(rèn)為，導(dǎo)致本次事故的主要原因為機組由于軸系靜電積累，最終在增壓機推力軸承推力瓦上放電，導(dǎo)致推力瓦表面烏金不斷減少，引起軸位移緩慢上漲，如下圖所示：

靜電腐蝕會損傷軸瓦表面，影響油膜形成，且由于有效面積不斷減小，達到某一臨界點后，最終無法承擔(dān)殘余的軸向力，造成軸位移和瓦溫突然上漲而造成停機。

四、措施及效果

根據(jù)增壓機解體發(fā)現(xiàn)的損壞的情況，結(jié)合以往類似問題的處理方式，在對增壓機進行檢修過程中以及現(xiàn)場調(diào)試中，主要采取了以下措施：

1）在汽輪機進氣側(cè)安裝接地電刷，及時將靜電導(dǎo)入大地，避免靜電聚集，且要求機組運行過程中定期檢查接地電刷對地電壓、電流，確保接地電刷處于正常工作狀態(tài)。

2）研磨轉(zhuǎn)子主推力面，要求粗糙度達到Ra0.8，端面機械跳動不超過0.01mm。

3）更換了新的平衡盤密封，要求密封間隙達到設(shè)計要求，確保平衡盤可以有效地平衡轉(zhuǎn)子軸向力。

4）更換推力軸承主推力瓦塊，檢查各個瓦塊厚度，要求厚度偏差不超過0.01mm，并適當(dāng)開大進油油楔，安裝時確保瓦塊與推力盤的接觸面積，至少達到80%。

5）確保潤滑油油壓、油溫達到機組設(shè)計要求。

6）確保聯(lián)軸器檔距滿足要求。

在本次檢修完開機后，測量初期汽輪機轉(zhuǎn)子對地電壓，便高達10V。典型的軸承損傷電壓是30-100V。如果靜電不能及時進行釋放，伴隨著機組運行而不斷積累，電勢差達到一定程度時，最終會在軸系薄弱環(huán)節(jié)進行放電，主要是軸承部位。這也從側(cè)面驗證了上述原因分析的正確性。

通過采取上述措施，機組開機后，增壓機排氣壓力達到設(shè)計壓力時，主推力瓦溫度最高85℃，完全滿足生產(chǎn)需要。

五、結(jié)論

1、根據(jù)故障現(xiàn)象和增壓機損傷情況，對原因進行了深入分析，結(jié)合以往類似問題的處理經(jīng)驗，確定推力軸承電腐蝕是造成事故的主要原因。通過更換增壓機推力瓦和在汽輪機側(cè)增加接地電刷，解決了增壓機軸位移上漲和推力瓦溫度高的問題。

2、對于汽輪發(fā)電機組，一般在發(fā)電機配套碳刷以消除靜電聚集的影響。而在工業(yè)拖動汽輪機中，特別是凝氣式汽輪機，靜電聚集放電引起軸承電腐蝕損壞的問題還沒有受到特別關(guān)注。希望可以借助本案例，引起廣大設(shè)備維護人員對此問題的足夠重視，避免靜電腐蝕問題的再次發(fā)生。653FD5BC-4D93-42AB-81A1-8B4D196A9A28