王海強(qiáng)，武志國(guó)

（中國(guó)石油化工股份有限公司濟(jì)南分公司，山東濟(jì)南 250101）

0 引言

中石化濟(jì)南分公司160萬(wàn)t柴油加氫精制裝置新氫壓縮機(jī)K-101/A、B，型號(hào)：DW-22.8/（18-92）-X，生產(chǎn)廠家：無(wú)錫壓縮機(jī)股份有限公司。配用電機(jī)為TAW1800-20/2600增安型無(wú)刷勵(lì)磁同步電機(jī)，額定功率1800 kW，額定電壓6 kV。2臺(tái)往復(fù)機(jī)的作用是將1.7 MPa氫氣增壓至8 MPa后進(jìn)入反應(yīng)器參與油氣反應(yīng)，是裝置正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。裝置2011年投產(chǎn)后，2臺(tái)機(jī)組一直安全平穩(wěn)運(yùn)行，2016年4月K-101B出現(xiàn)一次電機(jī)軸瓦磨損的故障。調(diào)取DCS（Distributed Control System，集散式控制系統(tǒng)）曲線（圖1）發(fā)現(xiàn)軸瓦溫度10 min內(nèi)，從60℃直線上升，最高到達(dá)101℃，現(xiàn)場(chǎng)雖然緊急停機(jī)，但是軸瓦已經(jīng)磨損嚴(yán)重（圖2）。針對(duì)此種情況，進(jìn)行分析和探討，找出軸瓦溫度突升的原因，為以后類似重載軸瓦的維護(hù)保養(yǎng)起到了一定的借鑒意義。

1 電機(jī)軸瓦溫度過(guò)高原因分析

1.1 甩油環(huán)故障、潤(rùn)滑油偏少

該電機(jī)軸瓦潤(rùn)滑方式為飛濺潤(rùn)滑，甩油環(huán)將油箱內(nèi)的潤(rùn)滑油帶至軸頸上，當(dāng)油箱內(nèi)油位偏低時(shí)，甩油環(huán)帶油量減少，潤(rùn)滑后帶走的熱量隨之也會(huì)減少，這會(huì)直接造成軸瓦溫度升高，另一方面如果甩油環(huán)不轉(zhuǎn)則會(huì)導(dǎo)致軸與軸瓦之間沒(méi)有油膜而燒毀軸瓦。拆檢軸瓦時(shí)發(fā)現(xiàn)甩油環(huán)運(yùn)行良好，油箱油位也適中，排除了這一故障原因。

1.2 設(shè)計(jì)原因

圖1 電機(jī)聯(lián)軸器端軸瓦溫度TI16106B趨勢(shì)圖

電機(jī)軸瓦采用的是對(duì)開(kāi)式動(dòng)壓軸承。動(dòng)壓軸承工作原理是利用軸本身的軸頸把軸承中的潤(rùn)滑油從間隙大處流向間隙小處，形成一個(gè)楔形的油楔，同時(shí)產(chǎn)生油壓，將軸頸上的載荷加以平衡，使軸頸與軸承內(nèi)壁分開(kāi)而形成油膜，軸與軸承處于液體摩擦狀態(tài)。以減少摩擦與磨損，使軸轉(zhuǎn)動(dòng)輕巧靈活。

圖2 磨損的軸瓦

（1）機(jī)組電機(jī)參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)。型號(hào)TAW1800-20/2600，額定功率 1800 kW，電壓 6 kV，電流 202 A，轉(zhuǎn)速 300 r／min，轉(zhuǎn)子重量10 t，軸頸Φ300 mm，軸承寬度255 mm。

（2）驗(yàn)算軸承潤(rùn)滑方法的選擇是否正確見(jiàn)式（1）和式（2）。

式中K——滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑方式選擇值

P——軸承比壓，MPa

F——作用在軸承上的徑向載荷，N

D——軸頸直徑，mm

B——軸承寬度，mm

v——圓周速度，m/s

根據(jù)相關(guān)資料，電機(jī)轉(zhuǎn)子總重量為10 t，由于轉(zhuǎn)子重量用兩個(gè)軸承支撐，每個(gè)軸承上的載荷為5000 kg。查閱機(jī)組隨機(jī)資料，電機(jī)轉(zhuǎn)子總重量為10 t，轉(zhuǎn)子采用雙支撐方式，故每個(gè)軸瓦上的載荷為5000 kg。F=49 000 N，已知，D=335 mm，B=255 mm，帶入式（1）和（2）后得 K=9.14。K＜30時(shí)，滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式可以選用飛濺潤(rùn)滑，說(shuō)明軸瓦的潤(rùn)滑方式?jīng)]有問(wèn)題。

（3）校核軸瓦比壓P，v及Pv值。

①核算軸承比壓P。為了防止在載荷作用下潤(rùn)滑油被完全擠出，從而導(dǎo)致過(guò)度的磨損，所以應(yīng)驗(yàn)算軸承的比壓P。為確保潤(rùn)滑油在該電機(jī)轉(zhuǎn)子載荷下，能形成良好的油膜，需要首先核實(shí)該軸瓦的比壓P。

軸瓦的材料為錫銻軸承合金，ZCHSnSbl1-6，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，查得許用比壓[P]=25 MPa，[v]=80 m/s，[Pv]=20 MPa·m/s。將有關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（3），得。因?yàn)镻≤[P]，故軸承比壓符合要求。

②驗(yàn)算轉(zhuǎn)子圓周速度。

式中v——圓周速度，m/s

d——軸徑，mm

③驗(yàn)算軸承 Pv值。Pv=0.574×5.26=3.02 MPa·m/s，因?yàn)?P≤[P]，由此可得，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中不會(huì)產(chǎn)生超強(qiáng)的摩擦熱。

1.3 電機(jī)制造缺陷

在更換電機(jī)軸瓦時(shí)，測(cè)量軸頸沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較大偏差，安裝軸瓦處軸頸圓柱度、橢圓度都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.4 軸瓦原安裝及結(jié)構(gòu)缺陷

此機(jī)組從2011年開(kāi)工到電機(jī)軸瓦磨損，累計(jì)運(yùn)行4年有余，說(shuō)明安裝方面和軸瓦的結(jié)構(gòu)方面也沒(méi)有大問(wèn)題。

1.5 更換新軸瓦后運(yùn)行狀態(tài)

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)更換新的軸瓦反復(fù)刮研后，最終頂間隙0.41 mm，側(cè)間隙0.17 mm，間隙數(shù)據(jù)均符合要求。單試電機(jī)3 h后，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)軸瓦溫度基本穩(wěn)定在55℃，現(xiàn)場(chǎng)用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)電機(jī)軸溫＞85℃，并且還有上升趨勢(shì)。確定故障原因?yàn)殡姍C(jī)軸溫升高在前，軸瓦溫度升高在后。這樣熱量通過(guò)電機(jī)軸傳導(dǎo)給潤(rùn)滑油，使得潤(rùn)滑油的溫度逐漸升高，黏度降低，影響了油膜的形成，導(dǎo)致軸瓦磨損（潤(rùn)滑油的熱量在軸承箱內(nèi)快速聚集，潤(rùn)滑油熱量無(wú)法及時(shí)散出，隨著溫度逐漸升高，潤(rùn)滑油黏度下降，軸瓦與電機(jī)軸之間的油膜無(wú)法良好形成，溫度繼續(xù)升高，油膜失效，軸瓦磨損）。

2 結(jié)論

通過(guò)以上分析，分別從潤(rùn)滑油油位、軸瓦本身的設(shè)計(jì)、潤(rùn)滑方式、安裝結(jié)構(gòu)方面、電機(jī)轉(zhuǎn)子本身軸頸以及更換軸瓦以后的運(yùn)行情況一一分析，查找軸瓦溫度升高的原因。最終找到了原因就是電機(jī)軸傳導(dǎo)的熱量導(dǎo)致軸瓦溫度突升。電機(jī)軸伸入電機(jī)本體的部位有一阻擋灰塵進(jìn)入的環(huán)形毛氈部件（圖3），隨著運(yùn)行周期增長(zhǎng)，該部件逐漸老化發(fā)硬，造成電機(jī)軸摩擦力增大，溫升增大，傳至軸瓦軸頸處后，使軸瓦潤(rùn)滑油溫度逐漸升高，黏度降低，影響油膜的形成，當(dāng)溫度達(dá)到某臨界值時(shí)，油膜承壓能力低于軸頸壓力，使軸瓦與軸處在半液體摩擦狀態(tài)，短時(shí)間內(nèi)軸承溫度急劇升高，最終導(dǎo)致軸瓦燒損。

3 啟示

此次故障的發(fā)生提醒日常巡檢不但要注意軸瓦本身的問(wèn)題，同時(shí)還要防范外來(lái)因素對(duì)軸瓦的影響，譬如溫度，此故障以后，制定相應(yīng)的措施，格外注重電機(jī)兩端軸溫的監(jiān)測(cè)，定期澆注適量潤(rùn)滑油，降低電機(jī)軸的摩擦系數(shù)。

圖3 電機(jī)軸瓦座與電機(jī)機(jī)殼局部

查看近年來(lái)相關(guān)技術(shù)論文發(fā)現(xiàn)類似電機(jī)軸瓦溫度升高引起的故障也存在不少，大部分都是通過(guò)改用強(qiáng)制潤(rùn)滑的方式來(lái)解決，這樣即使電機(jī)軸溫比較高對(duì)軸瓦的影響也不會(huì)到達(dá)損壞的程度。但是另一方面需要增加潤(rùn)滑油管線和一臺(tái)油泵，比較繁瑣。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，找出了電機(jī)軸瓦故障根本原因，通過(guò)定時(shí)澆注潤(rùn)滑油的辦法比較容易實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸瓦的穩(wěn)定運(yùn)行。最終軸瓦溫度夏天穩(wěn)定在57℃。現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行至今。