K201循環氫壓縮機軸瓦溫度高故障分析及處理措施

孫群虎

摘要：

重整K201循環氫壓縮機在升速過程中，突然出現前后端徑向瓦溫度驟升現象，通過對其徑向瓦的工作原理及結構分析，提出改進措施，徹底解決了該軸瓦溫度高的問題，同時為今后處理此類難題提供了寶貴的經驗。

關鍵詞：壓縮機 軸瓦 溫度 油楔

中圖分類號：TB652文獻標識碼： A

對重整裝置進行了擴能改造作業，原先的舊機組K201循環氫壓縮機，由于功率偏小不能滿足生產工藝的需要，因此采取了機組整體更換的方案，更換后的新循環氫壓縮機機組基本參數如表1所示

表1壓縮機基本參數

進口壓力（MPa） 進口溫度（℃） 出口壓力（MPa） 額定轉速n/min

0.45 40 0.88 8784

1.故障現象

該循環氫壓縮機自更換投產運行以來，工作狀況穩定，各項運行參數符合生產裝置的需要。2012年4月份由于生產工藝的調整，需提高該壓縮機的工作負荷加大處理量，由其工作時的7256轉/分鐘提高到8700轉/分鐘，但就在其提速的過程中該機組非連軸端徑向瓦突然出現瓦溫驟升的現象，溫度曾一度達到90℃以上，且連軸端徑向瓦瓦溫也有攀升現象，幾次嘗試均以失敗告終，為保持裝置的平穩生產，機組采取調低負荷繼續運行的措施。7月份重整裝置因高溫脫氯劑穿透、以及第二反應器R202下部料腿堵塞P閥且閥座卡異物造成催化劑無法循環需進行停工檢修。為查找該機組非連軸端徑向軸承瓦瓦溫過高的故障原因，車間協調各專業人員對該機組進行了搶修作業。

2.故障分析

2.1軸承結構

從非連軸端徑向軸承和連軸端徑向軸承的結構上可以知道，該機組的非連軸端徑向軸承和連軸端徑向軸承都是動壓滑動軸承，采用的也都是五塊可傾瓦結構如圖1所示

圖1

該軸承主要由軸承體、兩側油封和瓦塊3部分構成，這是一種液體動壓滑動軸承，每個瓦塊都可以自由擺動，每個瓦塊上都用一個裝在殼體上并與軸瓦松配的銷釘來定位，各自可以繞自身的一個支點擺動。瓦塊與軸頸的軸承間隙量，一般取間隙值為直徑的0.15～0.2%，瓦背圓弧與軸承體內孔是線接觸，相當于一個支點，當機組轉速、負荷等運行條件變化時，瓦塊能在軸承體的支撐面上自由地擺動，自動調節瓦塊位置。在任何情況下都能形成最佳油楔，高速穩定性非常好，承載能力高功耗小且不易發生油膜振蕩。

2.2工作原理

動壓滑動軸承的楔形油膜形成示意圖如圖2所示

a b

圖2動壓滑動軸承的楔形油膜形成示意圖

W-外載荷；P-油壓力；e-偏心距；ω-旋轉速度

由圖2-a可知軸承再未工作之前，軸頸處于靜止狀態，位于軸承最下方。由于軸頸半徑總是小于軸承孔的半徑，所以在軸頸中心O/和軸承孔中心O的連線OO/的兩側自然形成圓弧形楔形間隙。如果軸頸順時針轉動如圖2-b所示，則楔形間隙處于中心線右側，附著在軸頸表面上的潤滑油就從大間隙流向小間隙，形成楔形油膜，而當軸頸達到某一臨界轉速時，楔形油膜所產生的油膜壓力的合力足以平衡轉子上的徑向外載荷W時，軸頸就懸浮在油膜中旋轉，并將軸頸向左推移。正常工作時，軸頸就處在這一偏心位置上穩定運行， OO/的長度稱之為偏心距e，而軸承由于軸旋轉摩擦產生的熱量則由在油楔中不斷流動的潤滑油帶走。

因此不難看出形成液體動力潤滑的必要條件有三個;一是相對滑動的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙；二是被油膜分開的兩表面必須有足夠的相對滑動速度，即滑動表面帶油時要有足夠的油層最大速度；三是潤滑油必須有一定的黏度，且必須連續供應。

2.3原因分析

對該機組前后端軸承解體之后，可以很明顯的發現在前端和后端的徑向瓦瓦面上，均覆蓋了一層蠟狀褐色的沉積物如圖3所示

圖3

而在軸的油封處則結出了一層薄薄的蠟質層如圖4所示

圖4

而軸承油膜的形成和油膜壓力的大小受軸的轉速、潤滑油粘度、軸承間隙以及軸承負荷和軸承結構等因素有關，因此依據以上故障現象，現場工作人員初步判斷故障為以下幾個方面是引起軸瓦溫度過高的原因：

1.前后徑向軸承的潤滑油壓力過低，由軸承的熱平衡公式可知：單位時間內的軸承摩擦所產生的熱量Q等于同時間流動的潤滑油所帶走的熱量Q1與軸承散發的熱量Q2之和

即Q=Q1+Q2

因此同工況下潤滑油的壓力越高相應的流量也越大，潤滑油從軸承內帶走的熱量也就越多，所以潤滑油壓力的高低將直接關系到該滑動軸承的散熱好壞，過低潤滑油壓力是導致軸承溫度過高的最直接原因。

2.由于該機組的潤滑油系統也進行了整體更換，潤滑油可能受到污染或者已經變質，也有可能是原先溶解或者有懸浮于潤滑油中的外來物在高溫的作用下沉積在軸承的表面上，使得軸瓦表面上覆蓋一層蠟狀褐色沉積物，過高的軸瓦溫度也可能出現潤滑油在軸承上產生碳化沉積的現象，使得瓦間隙變小瓦溫升高。

3.合理的徑向瓦間隙時形成楔形油膜的關鍵所在，工作間隙太小則最小油膜厚度減小，易引起過熱，導致軸承咬粘；此外油膜太薄，微小的異物也不易通過。若工作間隙較大則可獲得較大的潤滑油流量，有利于散熱，但也會引起振動，如油膜振蕩，造成軸承過早失效。而該機組的前后端徑向軸承的瓦間隙已經達到參考數據值的最低限，如表2所示

表2徑向瓦瓦間隙與瓦背緊力值

徑向軸承 連軸端徑向瓦間隙mm 連軸端徑向瓦瓦背緊力mm 非連軸端徑向瓦間隙mm 非連軸端徑向瓦瓦背緊力mm

參考值 0.16～0.25 0.01～0.03 0.16～0.25 0.01～0.03

實測值 0.17 0.01 0.16 -0.03

4.軸承結構不合理，可傾瓦瓦塊潤滑油入口太小，太小的瓦塊入口使得在軸工作時使得帶進瓦內的潤滑油的量減小使得油楔變小，滑動油膜形成困難，同時潤滑油量的減少造成軸承散熱效果也不好瓦溫升高。

3.改進措施

針對以上故障現象車間對該機組進行以下4項改進措施

1.提高前后徑向軸承潤滑油的壓力，由原先的0.08MPa提高到0.12MPa，提高每一個徑向軸承潤滑油的進油量，增大該軸承的整體散熱能力。

2.更換新的潤滑油和油濾芯，使得潤滑油的品質達到合格。

3.調整可傾瓦瓦塊及瓦背間隙，由于該徑向瓦瓦塊背后沒有可以調整結構，因此在其前后端徑向軸承瓦口處增加一個厚度為0.05mm的銅皮 ，保證合適的軸瓦間隙和瓦背緊力。調整后的徑向瓦瓦間隙與瓦背緊力值數據如表3所示

表3徑向瓦瓦間隙與瓦背緊力值

徑向軸承 連軸端徑向瓦間隙mm 連軸端徑向瓦瓦背緊力mm 非連軸端徑向瓦間隙mm 非連軸端徑向瓦瓦背緊力mm

參考值 0.16-0.25 0.01-0.03 0.16-0.25 0.01-0.03

調整后 0.21 0.02 0.20 0.01

4.用細砂紙將瓦塊表面棕褐色的沉積物打磨掉，同時增大每一塊可傾瓦塊潤滑油的入口角度，具體辦法是沿著每一個可傾瓦塊的入口邊沿，用三棱刮刀刮出一個寬3mm的坡口，提高進油量使得進如瓦塊內的潤滑油更充分，更加容易形成油楔。

通過以上四項改進措施，徹底解決徑向瓦瓦溫過高的問題，改進后的前后瓦瓦塊的溫度和軸振動值如表4所示

表4徑向瓦瓦溫與振幅值

徑向瓦 溫度℃ 振幅μmm

連軸端徑向瓦 49.8 10.0

非連軸端徑向瓦 47.8 10.6

4.總結

通過對該機組前后徑向軸承結構和工作原理的分析，徹底解決了前后兩端徑向軸承瓦溫溫度過高的難題，保證了機組的平穩運行，滿足了生產車間的需求，同時也積累了寶貴的工作經驗。

參考文獻

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