大機組高壓電機軸瓦燒毀分析與改進

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(中國石油 克拉瑪依石化有限責任公司， 新疆 克拉瑪依 834000)

某石化公司120萬t/a柴油加氫改質裝置由中國石化工程建設公司北京設計院設計，中油第七建筑公司承建，于2011-04開始建設，2011-11交付使用。120萬t/a柴油加氫改質裝置以公司焦化裝置柴油、催化柴油、I套蒸餾柴油和部分抽出油為原料，生產出低硫及高十六烷值的優質柴油、航空煤油、重石腦油以及輕石腦油，從而使全廠的調和柴油達到歐Ⅲ標準，同時副產液化氣及燃料氣等。

1 2臺往復式新氫壓縮機簡介

2臺往復式新氫壓縮機型號均為D-34.66/19-132(J3D100E)，結構形式為3列對置平衡固定式水冷機組，采用3列3級壓縮，1～3級的吸氣壓力分別為1.98 MPa、3.94 MPa、7.42 MPa，1～3級的排氣壓力分別為4.06 MPa、7.65 MPa、13.20 MPa，工作介質為氫氣，排氣量(標準狀況下)3.4萬 m3/h。

2 高壓電機故障概況及分析

2.1 故障概況

2014-11～2015-04，K-3101/B壓縮機高壓電機發生了5次軸瓦燒毀事故，統計見表1。

表1 新氫壓縮機K-3101/B高壓電機軸瓦故障及維修統計

2.2 故障過程及處理

以2015-04電機軸瓦燒毀為例進行分析。

2015-04-13 T16：50,新氫壓縮機K-3101/A切換至K-3101/B時，在T02：00左右K-3101/B壓縮機電機軸承溫度升高至65 ℃，T03：35 電機軸承溫度開始快速上升，T03：37該點溫度80 ℃高報報警，T03：38此點溫度高于聯鎖值85 ℃，新氫壓縮機聯鎖停機，造成新氫中斷，裝置出現波動。停機后，對K-3101/B壓縮機電機軸瓦進行檢查，發現底部軸瓦燒損，巴氏合金脫落，潤滑油發黑，電機軸上有輕微坑點。

2.2.1第1次軸瓦檢查修復

2015-04-14～04-17，對燒毀軸瓦進行檢查并進行了維修刮研。①拆飛輪對中，復查磁力線中心，檢查結果正常。②清理前軸瓦軸承箱，更換軸承箱內潤滑油。③維修完畢后，2015-04-20對K-3101/B壓縮機電機空負荷試運2 h后100%負荷試運，運行3 h后K-3101/B壓縮機電機前端軸瓦溫度高聯鎖停機，聯鎖停機溫度變化趨勢見圖1。

圖1 第1次試機過程軸瓦溫度變化趨勢

2.2.2第2次軸瓦檢查修復

2015-04-20～04-22，對燒損的主電機前軸瓦進行了維修刮研并且清理前軸瓦軸承箱，同時將軸承箱內潤滑油更換為L-DAB68號空氣壓縮機用油(油中添加適量抗磨劑)。維修完畢之后，2015-04-22再次試機，K-3101/B電機負荷100%，試運2 h之后電機前端軸瓦溫度陡增(圖2)，隨即緊急切換壓縮機機組。

其實這種說法并沒有錯，人生在世，誰還沒有些手段伎倆。錢是個好東西，沒有人會拒絕。如果誰說不喜歡錢，從內心鄙視錢，那么，其他人大可以跑到警察局報警立案，告他虛偽，玷污了廣大人民純潔的心靈。愛錢，才是純潔的。

圖2 第2次試機過程軸瓦溫度變化趨勢

2.2.3第3次軸瓦檢查修復

2015-04-22拆檢K-3101/B壓縮機電機前端軸瓦進行刮瓦修復，將前、后軸承箱內潤滑油更換為L-DAB68號空氣壓縮機用油(油中添加適量抗磨劑)。維修完畢后，2015-04-23對K-3101/B壓縮機電機空負荷試運，11 h后電機前端軸瓦溫度陡增(圖3)，緊急切換機組。

圖3 第3次試機過程軸瓦溫度變化趨勢

2.2.4第4次更換新軸瓦

2015-04-24，將該前軸瓦更換為新軸瓦，并對新軸瓦油舌部位進行刮研。更換完畢后，2015-04-25對K-3101/B壓縮機電機空負荷試運15 h，該點溫度穩定后停機，為帶負荷開機做準備。2015-04-26，在K3101/B壓縮機負荷100%、K3101/A壓縮機負荷60%的情況下試運24 h后，切換到B機，軸瓦溫度運行正常，溫度穩定趨勢見圖4。

圖4 第4次試機過程軸瓦溫度變化趨勢

2.3 故障原因分析[2-8]

K-3101/A、B壓縮機的電機啟機過程中，啟動時由于轉速較低在轉軸與軸瓦之間無法形成有效的油膜，導致剛啟機時轉軸與軸瓦表面干摩擦將瓦面研傷。隨著時間的推移，這種損傷逐漸擴大，導致軸瓦溫度逐漸升高。當軸瓦表面研傷到一定程度時，軸瓦溫度突然上升至聯鎖停機溫度，機組聯鎖停機，軸瓦表面燒損，巴氏合金損壞。

電機軸瓦設計負荷承載余量太小，抗負荷波動能力差，機組本身負荷較大。

軸瓦與軸的設計接觸面偏小，軸瓦局部承載力過大，加之軸瓦材質偏軟，負荷稍微波動軸瓦就易磨損超溫。

3 技術創新改造方案[9-12]

分析并確認軸瓦燒毀機理后，圍繞如何在啟機前低轉速時能夠在軸瓦和轉軸之間盡可能形成油膜的原理對軸瓦展開改造。

3.1 第1次改造方案

在軸瓦甩油環上間隔均勻的距離開一些帶凹面的小孔(小孔深度不能穿透甩油環壁厚)，以便可以儲存定量的潤滑油。使其在運轉時能盡可能多地將油池里的潤滑油和小孔內儲存的潤滑油帶入軸瓦底部形成油膜，同時要求每次啟機前機組盤車不少于3圈，盤車的同時打開電機軸瓦視窗往甩油環上人工澆油，確保甩油環上的油在啟機前能被帶入軸瓦底部。

此次改進方案臨時解決了軸瓦燒毀的問題，確保機組可以正常運行，但每次開機前均需要進行人工長時間的盤車和打開軸瓦視窗人工往甩油環上澆油，且澆油次數多了軸承箱內油位容易過高，又需要放油操作，給現場操作人員帶來很大的勞動強度，不適合長期使用。為此，迫切需要研發一種更具可操作性、簡單方便高效的技術改進代替方案。

K-3101/A、B壓縮機組高壓電機按此次技術改造方案運行1 a后，采用一種高壓頂油裝置的技術創新方案代替了該方案，有效地解決了這一難題。

3.2 第2次改造方案

3.2.1設置一種高壓頂油裝置

高壓頂油裝置由吸油管、供油管、高壓油泵、高壓過濾器及節流閥組成，吸油管與供油管之間順序連接有高壓油泵、高壓過濾器以及節流閥，供油管的供油末端連接有軟管，結構示圖見圖5。

圖5 高壓頂油裝置結構示圖

高壓頂油裝置啟用：在電機啟機前,開啟本高壓頂油裝置系統,電機盤車,啟動電機,電機達到額定轉速后10 min關閉高壓頂油系統。采用此技術創新改造后，操作人員開機前只需要在現場啟停一次高壓頂油裝置即可代替前期技術改造方案的人工拆軸瓦視窗、人工澆油和人工放油操作，非常簡單方便高效[13-15]。

3.2.2原軸瓦設計改進

為了能夠順利地實施技術創新改造，對原軸瓦進行了技術改造，見圖6。

圖6 軸瓦改進結構示圖

在原軸瓦本體底部開設一注油孔，并且在注油孔里安裝1個第2單向閥。通過在軸瓦本體上設置注油孔，將高壓頂油裝置的軟管與注油孔配合設置，開啟高壓頂油裝置之后可以將油輸送至注油孔處。由于油具有高壓，高壓油能從軸頸下方的軸瓦送入，將軸頸浮起0.06 mm以上并且形成2.5～3.5 MPa油膜壓力并使軸頸與軸瓦之間強制形成一定厚度的油膜，解決轉子最初轉動時軸頸與軸瓦無法形成油膜、造成軸瓦燒毀的問題，消除了轉子與軸瓦的干摩擦。注油孔內的第2單向閥可以防止軸瓦本體底部內的油從注油孔中泄出，確保高壓油泵停用后軸瓦依靠自身甩油環也能形成有效的油膜。

4 結語

對K-3101/A、B機組采用文中兩項技術實施改造后，有效地保護了大功率高壓電機滑動軸承，保證了電機在啟動與停機過程中不被干研燒毀，高壓油能夠從軸承的下瓦底部送入，將轉軸浮起0.06 mm以上，且形成2.5～3.5 MPa油膜壓力并使軸頸與軸瓦之間強制形成一定厚度的油膜，解決了轉子最初轉動時軸頸與軸瓦無法形成油膜、造成軸瓦燒毀的問題，消除了軸勁與軸瓦的干摩擦，從本質上保護了軸瓦。

此項改造技術已經于2017-10-23申請了專利，并且在我公司大功率高壓電機上首次創新應用，成功解決了3 150 kW、6 000 V的高壓大電機軸瓦頻繁燒毀的問題。改造之后的大機組高壓電機已經連續安穩運行8 000 h無類似事故出現，其經驗可為同行業處理類似大功率高壓電機軸瓦問題提供借鑒和參考。