四合一機(jī)組止推軸承偏磨原因與檢修維護(hù)

高 峰

（遼陽石化分公司尼龍運(yùn)行部，遼寧遼陽 111003）

0 引言

在遼陽石化公司尼龍運(yùn)行部硝酸裝置區(qū)11.6 萬噸/年稀硝酸裝置中，四合一機(jī)組是裝置的核心設(shè)備。四合一機(jī)組由汽輪機(jī)、氧化氮壓縮機(jī)、減速機(jī)、軸流空氣壓縮機(jī)以及尾氣膨脹機(jī)組成。汽輪機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)通過膜片聯(lián)軸器連接在一起，額定轉(zhuǎn)速為11 060 r/min；軸流空氣壓縮機(jī)與尾氣膨脹機(jī)通過剛性聯(lián)軸器連接在一起，額定轉(zhuǎn)速為8350 r/min。四合一機(jī)組共有3 套止推軸承，汽輪機(jī)、氧化氮壓縮機(jī)和軸流空氣壓縮機(jī)各有一套止推軸承。其中，軸流空氣壓縮機(jī)的推力軸承在長時(shí)間運(yùn)行中出現(xiàn)主推力瓦溫度偏高現(xiàn)象，溫度最高時(shí)達(dá)到103 ℃，并出現(xiàn)主推力瓦塊偏磨問題。針對上述問題，在檢修中找出具體原因并加以解決。

1 止推軸承瓦塊偏磨原因分析與檢修措施

1.1 推力軸承的工作條件及特點(diǎn)

軸流空氣壓縮機(jī)額定功率為4481 kW，額定轉(zhuǎn)速為8350 r/min，入口溫度為15～33 ℃，入口壓力為0.095 25 MPa，出口溫度為210～230 ℃，出口壓力為0.45 MPa，推力軸承的報(bào)警溫度為105 ℃，聯(lián)鎖停車溫度為115 ℃（聯(lián)鎖值為同側(cè)二取二）。四合一機(jī)組所使用的止推軸承有兩種，分別為米契爾軸承和金斯貝雷軸承。其中，汽輪機(jī)使用米契爾軸承，軸流壓縮機(jī)和氧化氮壓縮機(jī)使用金斯貝雷軸承。軸流壓縮機(jī)的止推軸承由主、副推力瓦組成，主、副推力瓦各由10 塊扇形瓦塊組成，碳鋼瓦塊表面澆鑄有巴氏合金。金斯貝雷軸承和米契爾軸承的共同點(diǎn)是推力瓦塊都是活動多塊式；不同點(diǎn)是米契爾軸承為單層排列，金斯貝雷軸承采用多層排列，使載荷分布更均勻、調(diào)節(jié)更靈活，可以更有效地補(bǔ)償轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不對中與偏斜。

1.2 基本結(jié)構(gòu)形式

汽輪機(jī)所使用的米契爾軸承基本結(jié)構(gòu)如圖1a）所示，主要由軸承體、推力瓦塊、定位塊、定位銷、調(diào)整墊圈等組成。推力瓦塊用刃口與軸承體的環(huán)形平面接觸，當(dāng)推力瓦塊承受推力時(shí)可以自動調(diào)整位置，以形成有利的油楔。

軸流空氣壓縮機(jī)所使用的金斯貝雷軸承基本結(jié)構(gòu)如圖1b）所示，主要由軸承體、推力瓦塊、上、下水準(zhǔn)塊、定位銷、調(diào)整墊圈等組成。推力瓦塊刃口與上水準(zhǔn)塊接觸，上、下水準(zhǔn)塊之間用圓弧面接觸，下水準(zhǔn)塊用刃口與軸承體的環(huán)形平面接觸，保證推力瓦塊、上、下水準(zhǔn)塊之間自由擺動，使載荷分布均勻，形成的油楔均衡、穩(wěn)定。

1.3 偏磨原因分析

正常運(yùn)行時(shí)，由于推力盤高速旋轉(zhuǎn)，把潤滑油帶進(jìn)瓦塊和止推盤之間的間隙形成油膜，推力瓦塊與止推盤之間由于油膜的存在，推力瓦塊幾乎沒有磨損。轉(zhuǎn)子的軸向力通過推力盤經(jīng)過油膜傳給主推力瓦塊，然后通過軸承體傳給軸承座，只有在啟動或減負(fù)荷時(shí)，才有可能出現(xiàn)反向推力，此時(shí)的軸向推力由副推力瓦塊來承受。

硝酸裝置四合一機(jī)組在運(yùn)行數(shù)個(gè)周期后，軸流空氣壓縮機(jī)止推軸承出現(xiàn)了主推力瓦偏磨、瓦溫偏高的現(xiàn)象，雖然在幾次檢修中更換了新的瓦塊，但在運(yùn)行一段時(shí)間后偏磨現(xiàn)象仍然存在。針對這一問題，在2009 年6 月硝酸裝置的窗口檢修中，對軸流壓縮機(jī)止推軸承進(jìn)行了解體檢查。解體后發(fā)現(xiàn)，軸流壓縮機(jī)推力軸承的推力瓦塊與上水準(zhǔn)塊刃口接觸位置減薄0.05～0.13 mm，上、下水準(zhǔn)塊刃口均減薄0.04～0.10 mm，上、下水準(zhǔn)塊相接觸的圓弧面減薄0.06～0.10 mm，軸承體與下水準(zhǔn)塊接觸位置減薄0.05～0.11 mm，同時(shí)，推力瓦塊、上、下水準(zhǔn)塊的定位銷以及銷孔也有不同程度的磨損。

米契爾軸承和金斯貝雷軸承能夠自由活動，是因?yàn)樵谒鼈兊耐屏ν邏K下有一個(gè)支點(diǎn)。對于米契爾軸承，這個(gè)支點(diǎn)是推力瓦塊刃口（圖1c））；對于金斯貝雷軸承，支點(diǎn)是上、下水準(zhǔn)塊刃口（圖1d））。通常情況下，軸承支點(diǎn)一般偏離推力瓦塊中心3～5 mm，推力瓦塊可以繞支點(diǎn)自由擺動，在推力瓦塊中心處有一個(gè)間隙配合的定位銷，推力瓦塊擺動的幅度受定位銷制約。當(dāng)推力瓦塊在軸向力長期作用下，由于支點(diǎn)和上、下水準(zhǔn)塊的圓弧面處的磨損加劇，改變了瓦塊的位置，使推力瓦塊與推力盤產(chǎn)生偏接觸，造成推力瓦塊與止推盤間的油膜穩(wěn)定性下降，油膜產(chǎn)生失穩(wěn)、振蕩，進(jìn)入推力瓦塊與止推盤間隙中的油量減少，瓦塊溫度上升。由于推力瓦塊與推力盤偏接觸，瓦塊邊緣壓力過大，磨損加劇，從而造成推力瓦塊偏磨。

1.4 檢修措施

針對上述原因，如果在檢修時(shí)只采取更換推力瓦塊的方式，不能從根本上解決推力瓦塊的偏磨問題。所以，在軸流空氣壓縮機(jī)檢修時(shí)，采取了更換新止推軸承的方案。在安裝新軸承前，首先對新軸承進(jìn)行了解體檢查，測量新軸承的各部位尺寸，并與舊軸承相應(yīng)部位尺寸進(jìn)行對比，將新軸承的總體裝配尺寸調(diào)整到同舊軸承總體尺寸相同。新軸承安裝在軸承座上時(shí)，要保證止推間隙在規(guī)定范圍內(nèi)，氧化氮壓縮機(jī)和軸流壓縮機(jī)的止推間隙設(shè)計(jì)值均為0.40～0.50 mm。如果止推間隙超差，輕者會改變流道位置，使壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)氣體流動發(fā)生變化，影響壓縮機(jī)的效率；重者會使壓縮機(jī)動、靜部件發(fā)生擦碰，造成嚴(yán)重事故。

在檢查新軸承時(shí)，對推力瓦塊的檢查非常重要。新軸承一定要有出廠檢驗(yàn)合格證，最好能確認(rèn)推力瓦塊是否進(jìn)行超聲波探傷，以確保新瓦塊無氣孔、裂紋、起層、脫皮等質(zhì)量缺陷。檢查新瓦塊的大小要同舊瓦塊基本相同，瓦塊太小形成的油楔小，使軸承所能承受的軸向力變小；瓦塊太大會使?jié)櫥偷幕赜土繙p少，使瓦溫升高。還要檢查推力瓦塊的厚度，所有瓦塊的厚度偏差應(yīng)在0.02 mm 以內(nèi)，如有瓦塊超差，需要修研到規(guī)定的公差范圍內(nèi)。瓦塊表面巴氏合金的厚度通常在1.5 mm 左右，厚度必須小于壓縮機(jī)動、靜部分間的最小間隙。

檢查完瓦塊后，要對止推軸承進(jìn)行預(yù)裝。先將壓縮機(jī)兩側(cè)的徑向軸承安裝好，使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在徑向上定位。然后在主、副推力瓦塊的表面和推力盤兩側(cè)面涂上紅丹粉，將轉(zhuǎn)子分別撥到主推力瓦和副推力瓦側(cè)手動盤車，檢查推力瓦塊的接觸面積是否達(dá)到80%，若達(dá)不到，就需要對瓦塊進(jìn)行研磨，使之達(dá)到規(guī)定的接觸面積。

在檢修過程中，應(yīng)采用千分表測量止推間隙，測量時(shí)先將千分表架固定在軸承座上，把千分表的指針指向推力盤工作面上，先將轉(zhuǎn)子推向一側(cè)的極限位置，然后將轉(zhuǎn)子推向另一側(cè)的極限位置，記錄千分表讀數(shù)的差值，這個(gè)差值就是轉(zhuǎn)子的軸向工作竄量，即止推間隙。如果止推間隙尺寸不符合要求，可以通過調(diào)整軸承兩側(cè)調(diào)整墊圈內(nèi)墊片的厚度來獲得所需要的間隙值。在對軸流壓縮機(jī)的檢修中，主要在主推力瓦側(cè)進(jìn)行了墊片的調(diào)整，增加了0.20 mm 的墊片，使止推間隙符合檢修規(guī)定。軸流壓縮機(jī)通過此次檢修后，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，推力軸承的工作狀況良好。主推力瓦的溫度為77～83 ℃，壓縮機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)正常，運(yùn)行穩(wěn)定，主推力瓦溫度偏高的問題得到有效解決。

2 日常維護(hù)

潤滑油系統(tǒng)的日常維護(hù)對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行非常重要。首先要保證機(jī)組的主油箱內(nèi)潤滑油量充足，油箱的液位計(jì)和低液位報(bào)警開關(guān)處于完好狀態(tài)，油箱電加熱器需要定期維護(hù)，保證其隨時(shí)可以投入使用。板式油冷器應(yīng)定期檢修，對板式換熱片進(jìn)行油垢和水垢處理，使油冷器處良好的工作狀態(tài)。要保證機(jī)組主油泵工作平穩(wěn)，出口壓力和流量正常，副油泵處于備用狀態(tài)，使兩臺泵可以隨時(shí)切換。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，備用油泵的啟動開關(guān)應(yīng)打在自啟位置，當(dāng)主油泵出現(xiàn)故障時(shí)備用油泵能自行啟動，從而保證機(jī)組潤滑油供應(yīng)充足。機(jī)組油過濾器的維護(hù)也很重要，油過濾器上的表壓讀數(shù)達(dá)到1.5 MPa 時(shí)，說明過濾器的濾芯堵塞嚴(yán)重，這時(shí)必須切換備用過濾器。如果不及時(shí)切換過濾器，會使過濾器濾芯在較大壓強(qiáng)的作用下發(fā)生變形、抽癟，甚至破裂損壞，使灰塵、金屬碎屑等雜質(zhì)進(jìn)入油系統(tǒng)中，污染潤滑油，造成機(jī)組轉(zhuǎn)子軸頸和軸瓦表面損傷，影響機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。停用的過濾器經(jīng)過排油處理后，應(yīng)更換新的濾芯備用。

機(jī)組潤滑油溫度要求控制在35～45 ℃。在實(shí)際運(yùn)行中，潤滑油溫度控制在38～41 ℃時(shí)，機(jī)組的運(yùn)行更加穩(wěn)定，在日常操作時(shí)要盡量將油溫控制在上述范圍內(nèi)。油溫過高或過低，都會使機(jī)組軸瓦的振值上升，不能平穩(wěn)運(yùn)行。機(jī)組的潤滑油要定期檢驗(yàn)油質(zhì)，檢驗(yàn)水分和酸值的含量，還要定期使用濾油機(jī)對潤滑油進(jìn)行油水分離，去除潤滑油中的水分。在日常操作中，應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控機(jī)組的軸瓦溫度、潤滑油溫度、軸向位移、徑向位移等參數(shù)，加強(qiáng)現(xiàn)場巡檢，保證油系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，及時(shí)將各參數(shù)調(diào)整到最佳范圍內(nèi)，并認(rèn)真地如實(shí)記錄各項(xiàng)參數(shù)，為以后的檢修提供可靠依據(jù)。

3 結(jié)束語

通過對軸流壓縮機(jī)止推軸承的檢修積累總結(jié)工作經(jīng)驗(yàn)。軸流壓縮機(jī)由于長周期運(yùn)行，主推力軸瓦長期承受軸向力，關(guān)鍵部件出現(xiàn)疲勞磨損，使瓦塊與推力盤偏接觸，最終造成瓦塊偏磨。對于設(shè)備關(guān)鍵部件的檢修，應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的時(shí)間及運(yùn)行狀況確定，如果該部件在運(yùn)行中長期承受較大負(fù)荷，那么在檢修中就應(yīng)考慮整體更換，而不應(yīng)只更換其中部分磨損或損壞的零件。當(dāng)設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)問題，在解決問題時(shí)不能只注意表面的現(xiàn)象，而應(yīng)細(xì)致認(rèn)真地探究其深層次的原因，徹底解決問題并消除隱患，精心地維護(hù)、檢修和操作設(shè)備，才能夠保證設(shè)備的安穩(wěn)運(yùn)行。