田立疆，曹兆強(qiáng)

(山東?；煞萦邢薰炯儔A廠，山東壽光 262737)

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螺桿壓縮機(jī)推力軸承改造探討

田立疆，曹兆強(qiáng)

(山東?；煞萦邢薰炯儔A廠，山東壽光 262737)

針對(duì)純堿生產(chǎn)中螺桿壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)存在的推力軸承溫度高的問(wèn)題，結(jié)合檢修中遇到的推力軸承損壞狀況的分析，對(duì)推力軸承結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行改造和探討。

螺桿壓縮機(jī)；推力軸承；潤(rùn)滑；結(jié)構(gòu)

螺桿壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于純堿生產(chǎn)行業(yè)。其作用是把二氧化碳?xì)膺M(jìn)行壓縮，達(dá)到一定的壓力后，送到碳化工序用作制堿所需要的下段氣、中段氣和清洗氣。其驅(qū)動(dòng)機(jī)為汽輪機(jī)，額定轉(zhuǎn)速10 620 rpm，通過(guò)速比為1∶3.677的減速箱與壓縮機(jī)相連。該機(jī)組的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)精密、轉(zhuǎn)速高、能力大。裝配和檢修時(shí)，對(duì)各部間隙配合要求高。運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)其軸承溫度控制要求嚴(yán)格。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子相互嚙合，即使發(fā)生較小的軸向位移，也容易造成轉(zhuǎn)子碰撞，所以對(duì)推力軸承的要求特別高。若軸承溫度過(guò)高，運(yùn)行狀況劣化，導(dǎo)致巴士合金剝落或者磨損，則必須停機(jī)檢修。因此，如何延長(zhǎng)推力軸承的使用壽命，降低檢修頻次，成了生產(chǎn)管理和設(shè)備管理中的重要課題。

1 純堿廠螺桿壓縮機(jī)使用狀況概述

山東?；煞莨炯儔A廠新老系統(tǒng)共有螺桿壓縮機(jī)25臺(tái)，其中老線11臺(tái)(分別安裝于1989年、1996年和2008年)，新線14臺(tái)(分別安裝于2003年、2006年和2008年)。大部分機(jī)組使用時(shí)間較長(zhǎng)，效率下降。其主要部件材質(zhì)為ZG1Cr13和ZG2Cr13。由于其輸送介質(zhì)為潮濕的二氧化碳?xì)怏w，有弱酸性，對(duì)設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)，長(zhǎng)期使用導(dǎo)致陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子型面、陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子前端面和缸體前端面腐蝕嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子嚙合間隙和前端面間隙過(guò)大，其所受的軸向推力大大增加，推力軸承的負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常情況。由于推力軸承溫度過(guò)高，導(dǎo)致大部分機(jī)組難以達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，甚至部分機(jī)組轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速80%的情況下維持運(yùn)行，效率大大下降，能耗高，制約生產(chǎn)。由于設(shè)備效率低，必須將備用機(jī)組也投入運(yùn)行才能滿足生產(chǎn)需要。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障需要檢修，往往需要搶修，檢修質(zhì)量難保證、部分檢修項(xiàng)目容易被疏忽，形成惡性循環(huán)。

如要徹底改變這種狀況，需要對(duì)轉(zhuǎn)子型面、前端面及缸體返廠維修。但是，目前國(guó)內(nèi)對(duì)螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型面修復(fù)尚無(wú)成熟的技術(shù)，而缸體的維修不僅拆裝工作量大，而且修復(fù)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高。所以，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面的大修可能性較小。這樣，如何在現(xiàn)有的條件下，通過(guò)改善潤(rùn)滑降溫條件和從軸承結(jié)構(gòu)方面做一些改善以達(dá)到降低推力軸承溫度，從而提高壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速以保證其運(yùn)行效率，必然成為壓縮工序需要長(zhǎng)期面對(duì)的重要課題。

2 改善外部條件

要從改善外部條件來(lái)采取措施，最重要的是潤(rùn)滑。近幾年，圍繞改善機(jī)組的潤(rùn)滑條件，我們做了以下工作：

1)把油品改為46#抗氧防銹汽輪機(jī)油，提高了油品的抗氧、防銹、抗乳化、抗泡、防銹等性能。

2)集團(tuán)公司增設(shè)油品檢測(cè)機(jī)構(gòu)和設(shè)備，定期對(duì)機(jī)組潤(rùn)滑油品取樣檢測(cè)，保證各項(xiàng)指標(biāo)在合格范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)超標(biāo)采取措施或者更換。

3)嚴(yán)格控制潤(rùn)滑油過(guò)濾器前后壓差，發(fā)現(xiàn)接近上限，立即清洗或更換過(guò)濾裝置。

4)增加冷油器換熱面積，降低潤(rùn)滑油溫度。

3 改變推力軸承內(nèi)部供油模式

通過(guò)采取上述措施，對(duì)改善壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況起了一定的積極作用。但是頻繁更換油品必然造成費(fèi)用增加，所以更換頻次要合理，以保證利益最大化。而降溫的問(wèn)題則突出表現(xiàn)在夏季，這是機(jī)組效率最低的季節(jié)，但是受循環(huán)水溫度的影響，相對(duì)降溫困難。因此，我們還考慮了在改變推力軸承內(nèi)部供油模式上下功夫。

螺桿壓縮機(jī)的推力軸承屬于斜平面滑動(dòng)止推軸承。軸承體為鑄銅，背面為球面，與軸承座經(jīng)過(guò)研磨后，可以保證在運(yùn)行時(shí)自動(dòng)調(diào)整到一個(gè)較好的受力位置。軸承與推力盤的接觸面澆筑一層巴士合金，厚度大約4～6 mm。在巴士合金上面加工出供油槽、泄油口和油楔面，如圖中1所示。軸承供油方式為油泵強(qiáng)制供油。潤(rùn)滑油從供油槽進(jìn)入軸承，供油槽內(nèi)的潤(rùn)滑油隨高速運(yùn)轉(zhuǎn)的推力盤進(jìn)入油楔，由于油楔內(nèi)的空間越來(lái)越小，使得內(nèi)部形成較高的壓力，在整個(gè)運(yùn)行的軸承面上形成油膜。潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)軸承面之后，進(jìn)入下一個(gè)供油槽，從泄油口排出。在軸承四周均布四個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，以便更全面的了解軸承的溫度分布情況，從而更好的分析軸承受力及損傷情況。

圖1 軸承接觸面結(jié)構(gòu)

3.1 推力軸承溫度高的原因

在檢修過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)，單純從軸承方面來(lái)看，造成推力軸承溫度高的原因主要是以下幾個(gè)方面：

3.1.1 疲勞裂紋和剝落

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)之后，在反復(fù)載荷的作用下，巴士合金表面開(kāi)始出現(xiàn)疲勞裂紋，裂紋向巴士合金深處擴(kuò)展，達(dá)到巴士合金與背層銅金屬的結(jié)合面，橫向擴(kuò)展，最終造成巴士合金從銅金屬上剝落。軸瓦損傷。這種狀況一般是在長(zhǎng)時(shí)間軸承溫度較高之后發(fā)生。

3.1.2 刮傷

由于過(guò)濾效果差，潤(rùn)滑油內(nèi)混入細(xì)微顆粒，軸承表面出現(xiàn)線狀傷痕。這種損傷對(duì)軸承的危害較小。

3.1.3 巴士合金局部發(fā)亮

這種情況一般是由于軸承刮研或者研磨軸承背面球面時(shí)沒(méi)有刮研好，導(dǎo)致局部受力過(guò)大，巴士合金表面變硬。

3.1.4 磨損

軸承表面巴士合金出現(xiàn)較大面積磨損，磨損下來(lái)的巴氏合金碎屑由于沒(méi)有被及時(shí)帶走，進(jìn)入下一個(gè)供油槽，堆積在下一個(gè)油楔中，阻止了潤(rùn)滑油的進(jìn)入，最終導(dǎo)致整個(gè)軸承潤(rùn)滑狀況極度惡化，軸承溫度超標(biāo)。

3.2 推力軸承溫度高的檢修措施

在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行和維修過(guò)程中，我們對(duì)以上四種情況也做了一些分析。

3.2.1 疲勞裂紋和剝落

如果是小面積的裂紋或者剝落，運(yùn)行中表現(xiàn)為個(gè)別測(cè)溫點(diǎn)溫度較高。由于推力盤表面經(jīng)過(guò)較好的熱處理，表面硬度較高，不容易磨損。而推力軸承表面大面積的的巴士合金是完好的。這種情況不會(huì)對(duì)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的嚙合間隙造成大的變化，一般可以維持運(yùn)行。若出現(xiàn)較大面積的剝落，表現(xiàn)為多個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度較高甚至出現(xiàn)報(bào)警等情況，需要停機(jī)檢修。檢修時(shí)推力軸承必須更換。

3.2.2 刮傷

局部的刮傷對(duì)軸承溫度影響不大，檢修時(shí)推力盤也沒(méi)有嚴(yán)重磨損，一般情況下軸承經(jīng)過(guò)刮研、調(diào)整間隙之后可以繼續(xù)使用。較大面積的刮傷有可能造成第4種情況出現(xiàn)，必須檢修。

3.2.3 巴士合金局部發(fā)亮

巴士合金局部發(fā)亮，在運(yùn)行中表現(xiàn)為單個(gè)測(cè)溫點(diǎn)溫度較高，一般不會(huì)超標(biāo)準(zhǔn)。檢修時(shí)推力盤不會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重磨損。這種情況檢修時(shí)推力軸承一般可以經(jīng)過(guò)刮研、調(diào)整間隙后繼續(xù)使用。

3.2.4 磨損

若出現(xiàn)第4種情況，運(yùn)行中表現(xiàn)為大部分甚至全部測(cè)溫點(diǎn)溫度高、甚至超標(biāo)準(zhǔn)，必須停機(jī)檢修。這種情況危害較大，在檢修中我們也進(jìn)行了多方面檢測(cè)和分析。

如果出現(xiàn)這種狀況后及時(shí)停機(jī)檢修，復(fù)測(cè)推力軸承間隙時(shí)，變化一般在0.1 mm之內(nèi)。這說(shuō)明巴士合金并沒(méi)有被大量磨損掉，推力軸承間隙沒(méi)有很大變化，那么陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合間隙的變化也不大(正常的新機(jī)組陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合間隙要求0.2～0.3 mm，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，由于轉(zhuǎn)子表面腐蝕磨損，一般情況下陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合間隙大于0.3 mm)。但是由于油楔內(nèi)堆積了大量巴氏合金碎屑，破壞了油膜的形成，若長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，必然會(huì)導(dǎo)致推力軸承磨損嚴(yán)重，進(jìn)而影響到嚙合間隙，陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子碰撞，釀成事故。

潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承，主要的作用有三個(gè)：一是在摩擦副之間形成油膜，降低摩擦系數(shù)，起潤(rùn)滑作用；二是帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，起降溫作用；三是帶走摩擦產(chǎn)生的金屬碎屑，起清潔作用。造成上述第4中情況的重要原因，就是摩擦產(chǎn)生的金屬碎屑沒(méi)有被及時(shí)帶走，堆積在下一個(gè)油楔中影響進(jìn)油，加劇下一個(gè)扇形受力面的摩擦，從而形成惡性循環(huán)。為了改變這一狀況，我們?cè)跈z修中，嘗試著對(duì)壓縮機(jī)的推力軸承進(jìn)行了小的改動(dòng)。

3.3 推力軸承進(jìn)、回油分開(kāi)

由于推力盤旋轉(zhuǎn)速度非?？?，平均線速度大約在38 m/s左右，潤(rùn)滑油在經(jīng)過(guò)扇形推力面之后，夾帶著微量金屬碎屑和摩擦產(chǎn)生的熱量進(jìn)入下一個(gè)供油槽。這樣導(dǎo)致金屬碎屑很難被帶走，高溫的熱油也有很大一部分混入溫度較低的新油中進(jìn)入下一個(gè)油楔。如圖1中所示，我們?cè)谕屏S承扇形受力面的末端與下一個(gè)供油槽之間，加工出一條回油槽。通過(guò)調(diào)整扇形受力面、油楔及供油槽的尺寸，盡量做到對(duì)整個(gè)推力軸承受力部分和油楔部分的尺寸不造成大的影響。

做這樣的改動(dòng)，主要是為了做到推力軸承的進(jìn)、回油分開(kāi)，從兩方面加強(qiáng)潤(rùn)滑油所起的作用：

3.3.1 有利于金屬碎屑沖走

由于回油槽截面呈長(zhǎng)方形，不像油楔那樣容易存積金屬碎屑，這就保證了摩擦產(chǎn)生的金屬碎屑能夠被及時(shí)沖走，從理論上來(lái)說(shuō)，有望延長(zhǎng)推力軸承的使用壽命，降低檢修頻次。

3.3.2 有利于熱量的帶走

回油槽的起始端與軸承內(nèi)側(cè)的進(jìn)油通道相連，末端也設(shè)有楔形回油槽，這樣既保證了受力面末端的油壓，又能讓熱油及時(shí)流出。進(jìn)入軸承的冷油溫度一般在40 ℃左右(冬季35～40 ℃，夏季40～45 ℃)。壓縮機(jī)推力軸承溫度指標(biāo)為≥85 ℃報(bào)警、≥90 ℃停機(jī)，若正常運(yùn)行時(shí)按照75～80 ℃考慮，油膜內(nèi)潤(rùn)滑油的溫度大致也在75 ℃左右。這部分潤(rùn)滑油雖然量少，但是混入下一個(gè)供油槽中，對(duì)降低油溫是不利的。實(shí)現(xiàn)進(jìn)、回油分開(kāi)，將有利于熱量的帶走，從而對(duì)降低軸承溫度有好的影響。

考慮到經(jīng)過(guò)改造后，推力軸承的潤(rùn)滑油需求量有可能增大，為了保證推力軸承潤(rùn)滑油供給，我們對(duì)油分配器油壓調(diào)節(jié)閥進(jìn)行了調(diào)節(jié)，以保證進(jìn)入推力軸承潤(rùn)滑油的壓力和流量。

4 效果及下一步的打算

從2014年8月份開(kāi)始，我們?cè)跈z修中，逐步對(duì)壓縮機(jī)的推力軸承進(jìn)行上述改造試驗(yàn)。從檢修后運(yùn)行情況看，對(duì)降低推力軸承溫度有較好的效果。至于是否能延長(zhǎng)推力軸承的使用壽命，還有待長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后方可驗(yàn)證。

其實(shí)，如果對(duì)壓縮機(jī)推力軸承溫度還有更高的要求，還可以考慮選擇可傾瓦塊式推力軸承。由于可傾瓦塊式推力軸承結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)勢(shì)和更大的潤(rùn)滑油流量、更大的換熱面積，對(duì)降低推力軸承溫度有更好的效果。而且，可傾瓦塊式推力軸承由于在反轉(zhuǎn)時(shí)也能對(duì)摩擦副提供潤(rùn)滑油，其抗反轉(zhuǎn)能力非常強(qiáng)。不過(guò)可傾瓦塊式推力軸承造價(jià)相對(duì)較高，而且使用可傾瓦塊式推力軸承需要在軸承座等方面做較大的改動(dòng)?？紤]到螺桿式壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合間隙較小，相對(duì)于離心式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)轉(zhuǎn)子的軸向位移變化比較敏感，要求較高。由于可傾瓦塊式推力軸承在巴士合金有一定磨損的情況下，軸承溫度表現(xiàn)仍不很敏感，所以如果采用可傾瓦塊式推力軸承，最好加裝軸位移檢測(cè)裝置，以便對(duì)轉(zhuǎn)子嚙合間隙變化有較準(zhǔn)確的分析和判斷。關(guān)于這些，這在今后的使用過(guò)程中，可以做進(jìn)一步的探討。

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1005-8370(2016)05-23-03

2014-11-28