K-101B壓縮機電機軸瓦故障分析

王海強，武志國

（中國石油化工股份有限公司濟南分公司，山東濟南 250101）

0 引言

中石化濟南分公司160萬t柴油加氫精制裝置新氫壓縮機K-101/A、B，型號：DW-22.8/（18-92）-X，生產廠家：無錫壓縮機股份有限公司。配用電機為TAW1800-20/2600增安型無刷勵磁同步電機，額定功率1800 kW，額定電壓6 kV。2臺往復機的作用是將1.7 MPa氫氣增壓至8 MPa后進入反應器參與油氣反應，是裝置正常運行的關鍵所在。裝置2011年投產后，2臺機組一直安全平穩運行，2016年4月K-101B出現一次電機軸瓦磨損的故障。調取DCS（Distributed Control System，集散式控制系統）曲線（圖1）發現軸瓦溫度10 min內，從60℃直線上升，最高到達101℃，現場雖然緊急停機，但是軸瓦已經磨損嚴重（圖2）。針對此種情況，進行分析和探討，找出軸瓦溫度突升的原因，為以后類似重載軸瓦的維護保養起到了一定的借鑒意義。

1 電機軸瓦溫度過高原因分析

1.1 甩油環故障、潤滑油偏少

該電機軸瓦潤滑方式為飛濺潤滑，甩油環將油箱內的潤滑油帶至軸頸上，當油箱內油位偏低時，甩油環帶油量減少，潤滑后帶走的熱量隨之也會減少，這會直接造成軸瓦溫度升高，另一方面如果甩油環不轉則會導致軸與軸瓦之間沒有油膜而燒毀軸瓦。拆檢軸瓦時發現甩油環運行良好，油箱油位也適中，排除了這一故障原因。

1.2 設計原因

圖1 電機聯軸器端軸瓦溫度TI16106B趨勢圖

電機軸瓦采用的是對開式動壓軸承。動壓軸承工作原理是利用軸本身的軸頸把軸承中的潤滑油從間隙大處流向間隙小處，形成一個楔形的油楔，同時產生油壓，將軸頸上的載荷加以平衡，使軸頸與軸承內壁分開而形成油膜，軸與軸承處于液體摩擦狀態。以減少摩擦與磨損，使軸轉動輕巧靈活。

圖2 磨損的軸瓦

（1）機組電機參數及相關數據。型號TAW1800-20/2600，額定功率 1800 kW，電壓 6 kV，電流 202 A，轉速 300 r／min，轉子重量10 t，軸頸Φ300 mm，軸承寬度255 mm。

（2）驗算軸承潤滑方法的選擇是否正確見式（1）和式（2）。

式中K——滑動軸承潤滑方式選擇值

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

根據相關資料，電機轉子總重量為10 t，由于轉子重量用兩個軸承支撐，每個軸承上的載荷為5000 kg。查閱機組隨機資料，電機轉子總重量為10 t，轉子采用雙支撐方式，故每個軸瓦上的載荷為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，滑動軸承的潤滑方式可以選用飛濺潤滑，說明軸瓦的潤滑方式沒有問題。

（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滑油被完全擠出，從而導致過度的磨損，所以應驗算軸承的比壓P。為確保潤滑油在該電機轉子載荷下，能形成良好的油膜，需要首先核實該軸瓦的比壓P。

軸瓦的材料為錫銻軸承合金，ZCHSnSbl1-6，根據機械設計手冊，查得許用比壓[P]=25 MPa，[v]=80 m/s，[Pv]=20 MPa·m/s。將有關數據代入公式（3），得。因為P≤[P]，故軸承比壓符合要求。

②驗算轉子圓周速度。

式中v——圓周速度，m/s

d——軸徑，mm

③驗算軸承 Pv值。Pv=0.574×5.26=3.02 MPa·m/s，因為 P≤[P]，由此可得，軸承在運轉中不會產生超強的摩擦熱。

1.3 電機制造缺陷

在更換電機軸瓦時，測量軸頸沒有發現較大偏差，安裝軸瓦處軸頸圓柱度、橢圓度都符合標準要求。

1.4 軸瓦原安裝及結構缺陷

此機組從2011年開工到電機軸瓦磨損，累計運行4年有余，說明安裝方面和軸瓦的結構方面也沒有大問題。

1.5 更換新軸瓦后運行狀態

現場通過更換新的軸瓦反復刮研后，最終頂間隙0.41 mm，側間隙0.17 mm，間隙數據均符合要求。單試電機3 h后，現場監測發現軸瓦溫度基本穩定在55℃，現場用點溫計測電機軸溫＞85℃，并且還有上升趨勢。確定故障原因為電機軸溫升高在前，軸瓦溫度升高在后。這樣熱量通過電機軸傳導給潤滑油，使得潤滑油的溫度逐漸升高，黏度降低，影響了油膜的形成，導致軸瓦磨損（潤滑油的熱量在軸承箱內快速聚集，潤滑油熱量無法及時散出，隨著溫度逐漸升高，潤滑油黏度下降，軸瓦與電機軸之間的油膜無法良好形成，溫度繼續升高，油膜失效，軸瓦磨損）。

2 結論

通過以上分析，分別從潤滑油油位、軸瓦本身的設計、潤滑方式、安裝結構方面、電機轉子本身軸頸以及更換軸瓦以后的運行情況一一分析，查找軸瓦溫度升高的原因。最終找到了原因就是電機軸傳導的熱量導致軸瓦溫度突升。電機軸伸入電機本體的部位有一阻擋灰塵進入的環形毛氈部件（圖3），隨著運行周期增長，該部件逐漸老化發硬，造成電機軸摩擦力增大，溫升增大，傳至軸瓦軸頸處后，使軸瓦潤滑油溫度逐漸升高，黏度降低，影響油膜的形成，當溫度達到某臨界值時，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，短時間內軸承溫度急劇升高，最終導致軸瓦燒損。

3 啟示

此次故障的發生提醒日常巡檢不但要注意軸瓦本身的問題，同時還要防范外來因素對軸瓦的影響，譬如溫度，此故障以后，制定相應的措施，格外注重電機兩端軸溫的監測，定期澆注適量潤滑油，降低電機軸的摩擦系數。

圖3 電機軸瓦座與電機機殼局部

查看近年來相關技術論文發現類似電機軸瓦溫度升高引起的故障也存在不少，大部分都是通過改用強制潤滑的方式來解決，這樣即使電機軸溫比較高對軸瓦的影響也不會到達損壞的程度。但是另一方面需要增加潤滑油管線和一臺油泵，比較繁瑣。根據現場實際情況，找出了電機軸瓦故障根本原因，通過定時澆注潤滑油的辦法比較容易實現電機軸瓦的穩定運行。最終軸瓦溫度夏天穩定在57℃。現已穩定運行至今。