增压机推力轴承温度高原因分析及处理

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1、增压机推力轴承温度高原因分析及处理1.设备概况 1.1概述 空气压缩机组是化工企业空分装置的核心机组，是影响下游装置运行的关键，肩负为下游提供合格的氧气、氮气的任务。其运行的好坏关系能耗的高低，影响装置的正常生产。因此，保证空气压缩机组的正常运行成为各厂设备管理的核心问题。增压机是空压机组的一部分，为后系统提供各种压力的纯净气体，并将最终高压空气送至高压主换热器为液氧复热提供热量。本文对机组运行过程中增压机推力温度高的问题进行原因分析及处理。型号： EBZ-457转速： 12763rpm进口压力： 0.52MPa出口压力: 7.1 MPa额定流量： 98000nm3/h介质： 空气1.2增压机

2、结构特点增压机型号ZEB45-2+2+3，外机壳为锻钢制成的筒式机壳与同材质的进出风筒、法兰焊接而成。内机壳为球墨铸铁，水平剖分型。与隔板、轴承、转子、闷盖及端盖组成内筒。其中平衡盘锻制在轴上，7级叶轮分三段串联热装在轴上，中间有段间冷却器和末级冷却器，期间分布有轮盖密封、级间密封和排气侧平衡盘密封。配有平衡管道，由入口处低压侧连接到平衡盘后，通过平衡盘平衡掉大部分轴向力，其余轴向力由推力轴承来承受，推力轴承为金斯伯雷式，瓦块垫有上、下水准块、基块。瓦块由碳钢制成，上面浇铸巴氏合金，该轴承具有载荷分布均匀，调节灵活，可补偿转子的不对中、偏斜等特点。1-平衡管 2-外机壳 3-内缸 4-轴承座

3、5-平衡盘 6-转子 图1 增压机结构图2.存在问题进入提负荷阶段，伴随着负荷的增加增压机推力轴承主推温度迅速升高，满负荷时温度达到115，运行过程参数变化见表1，只得切除联锁观察运行，但长期以往存在的风险也越大，找到问题根源并进行解决是当务之急。表1 增压机运行参数变化转速rpm进口流量Nm3/h出口压力MPa轴位移mm主推温度80087500.010.10453500120000.180.18564800160000.570.25605130900007.00.371103. 原因分析及排查3.1原因分析在机组运行过程中，主推温度高也是常见的一种事故类型，长期事故状态下运行，会使得情况恶化

4、，温度继续升高，巴氏合金融化，推力轴承损坏等。现罗列出常见的原因及处理方法。表1常见推力轴承温度高原因及处理。查找原因并根据装置运行需要及时处理，才是保证压缩机组平稳运行的关键。3.2原因排查造成推力轴承主推温度高的原因有很多，多是由其他问题体现出来，排除原因也是故障诊断的首要措施。3.2.1温度计安装不当监测探头的安装不当或损坏造成的假值一般也会产生事故停车，是原因排除的首要工作。常见推力轴承温度高原因及处理温度计安装不当或损坏，检查测温探头的安装情况，校准温度计，或更换损坏的测温探头润滑油温度高、油压低、油量少或油粘度升高，检查油的粘度、含水量和抗乳化度等，检查贮油箱的油位及泵工作情况，检

5、查润滑油过滤器前后的压差，投用备用过滤器或清洗，检查油系统阀门开度和漏油情况.检查管网，是否有堵塞现象。推力盘跳动过大，瓦块厚度不均或者瓦块损坏或推力间隙过小，检查、修复 并重新调整推力间隙至要求范围内；宏观检查，对不合要求，损坏的瓦块进行更换，或者整套更换3.2.2润滑油系统原因润滑系统一直是机组运行的血液，油质的好坏直接影响的机组运行的寿命。供油温度高或者低都会改变润滑油的粘度，影响油膜的形成，造成瓦温升高的现象，进而发生烧瓦等严重事故。通过在线监测记录得到供油温度一直稳定在42，满足大型机组的润滑油供油要求，并且油过滤器压差只有达到0.015MPa以下，其他部位运行正常。根据润滑油月度检

6、验报告，润滑油的粘度、闪点、水分和杂质均在合格范围内，详见表3。排除油质本身引起的轴承温度高。表2润滑油月度检验报表 项目 运动粘度mm2/s闪点酸碱值Mgkoh/g水分机械杂质%2月442130.16无无4月41.92210.08无无5月42.62260.11无无6月43.12160.18无无8月41.92170.1无无另，油量不足也是导致轴承温度高的重要原因，为此重新核算轴承所需的进油压力也是本次原因排查的一项重要工作。增压机推力轴承由独立的支管单独供油，现场压力表显示压力正常。3.2.3 推力盘跳动过大或推力间隙偏小推力盘跳动过大，会引起油膜形成不良，产生局部偏磨现象，引起局部高位；推力

7、间隙过小，也会影响油膜的形成，导致推力盘干磨瓦面，温度急剧上升。在推力盘跳动0.005-0.01mm，故可排除此类原因。3.2.4超负荷运行或负荷急剧变化检查工艺操作记录，并核对机组操作曲线，排气压力7.1MPa,流量91000Nm3/h，二/三段操作压比保持在设计4.8/2.4.在此设计工况不变的情况下，温度也维持在112-115之间。并增压机的入口空气是经过分子筛纯化过的介质，不含任何水汽，故推力轴承主推温度高是在正常工况下产生的。3.2.5 振动增大通过状态检测，在主推温度升高的过程中，振动伴有正常的负荷变化而增大的现象，当负荷平稳后，振动未发生较大的波动，而主推温度也稳定在110以上。

8、故此可以排除由振动引起的临时性变化。3.2.6.平衡盘密封磨损，级间、口环密封磨损间隙增大或平衡管堵塞叶轮的级间密封或口环密封失效，叶轮出口气体泄露至前一级，增加前级叶轮两侧压力差；平衡盘密封有倒齿、断齿、齿磨损的情况时密封失效和平衡管发生堵塞均可使得平衡盘后压力增大，两侧压差变小，平衡能力下降，轴向力增大，是造成推力轴承温度升高的主要因素。3.2.7.联轴器膜片拉伸量太大或太小和对中不良转子的运行过程中产生热量，预留设定的联轴器膜片预拉伸量是平衡受热膨胀产生的热应力。联轴器膜片预拉伸量预留不足过大或过小都会产生额外的轴向力，造成温度升高。另，不对中也会引起一定量的推力温度升高，找正对中也一直

9、是机组运行不良的一个高发问题。转动设备在运行过程中，根据转送介质的不同，有不同程度的温升，温升会导致设备相对应的变形，冷态依照安装数据进行对中是为了矫正运行过程中设备受热或受冷发生变形而产生的一系列后续影响。轴承温度高也有可能是由对中不好造成的。对中不好，轴承会发生偏载，导致非油膜承载区受力。根据原理，非油膜承载区油压低，不足以抵抗不对中造成的载荷，但频谱图和轴心轨迹图中尚没有发现由不对中引起的二倍频振动。3.2.8 推力轴承载荷过大 造成推力轴承超载的因素有很多，主要在结构和运行两个方面。运行因素已在上述中排除。现就结构进行分析。叶轮的轮盘和轮盖两侧所受的气体作用力方向相反、大小不同，相互抵

10、消后，还会剩余部分轴向力作用于子上，所有叶轮产生轴向力的代数和就是整个转子的轴向力，方向由高压侧指向低压侧；平衡管使平衡盘两侧产生压差，造成与轴向力相反方向的作用力，用于平衡掉大部分轴向力，剩余的轴向力则由推力轴承承担。一般离心式压缩机由推力轴承承担的轴向力约为总数的20-30%之间，轴承设计的正常承受比压0.7-0.8MPa。每级叶轮两侧气体压力分布情况见图2，每级叶轮两侧产生的轴向力计算公式（1）表3 增压机参数及轴向力计算结果项目 叶轮外径D(mm)轮盖侧密封直径(mm)轮盘侧密封直径(mm)叶轮轮毂处轴径(mm)叶轮进口气流速度CZ(m/s)介质的质量流量G(kg/s)叶轮进气压力(M

11、Pa)叶轮排气压力(MPa)单个叶轮轴向力(N) 1级45035028019638.533.940.4850.89325790.22级45034028019640.533.940.8931.323758.83级42530226019640.511.121.32.0230149.94级40028426019642.811.122.022.7429012.15级40024826019645.220.472.744.193313826级40024826019647.320.474.1935.64632737.17级40024827319648.520.475.6467.132712.5图2 叶轮两侧

12、气体压力分布图.（1） 式中、-叶轮进、出口气体绝对压力；-轮缘和轮盖密封直径处圆周速度； -在轮盘空腔中气体的平均密度；-气体分子量；-气体绝对温度，K；-气体压缩因子，；-每级叶轮入口气体流量，；-叶轮进口气体速度，；-重力加速度，；-转速；由（1）式可以得出以下结论：i叶轮出口压力p2与叶轮入压力p1的差值越大，则产生的轴向力就越大。ii缩小轮盖密封直径D1，可使轴向力减小。iii当压缩机减负荷运行时，叶轮进、出口压差增大，气流冲力减小，会导致轴向力增大。叶轮轮盖和轮盘两侧气体泄漏量的影响也会对产生一个附加轴向力叶轮两侧压力分布规律不一样，轮盖侧压力比论盘车下降的快，出口处两侧压力也不相

13、等，存在着有轮盘侧想轮盖侧的轴向力，根据经验得式（2）.(2)对于叶轮后有扩压器的级来说，叶轮出口气体压力沿圆周分布均匀的多，要小一些，根据相关实验。在多级离心式压缩机组，由于下一级叶轮入口气体压力比前级叶轮出口压力高，前级轮盘侧气体是从下一级入口倒漏过来，从中心漏向轮缘，和轮盖侧的泄露方向相反，根据实验当径向分速系数时，中间级的约为末级的1.7倍。所以叶轮最后的轴向力.(3)增压机入口流量94500Nm3/h，0.5MPa,一段压缩后，压力1.3MPa,温度134；二段入口88200Nm3/h,温度40，压缩后压力2.74MPa,温度138；三段入口流量57000Nm3/h，压缩后压力7.2

14、MPa，温度182。将各级叶轮参数带入式(1)(2)(3)中，即可得到正常工况下7级叶轮的轴向力详见表4，因相关参数取值原因，得到的轴向力均约值，只具参考价值。 平衡盘所产生的轴向力与叶轮的轴向力刚相反方向，平衡盘的轴向力为： 图3 平衡盘受力图.（4）式中：-平衡盘前的气体压力，即末级叶轮出口压力；-平衡盘后气体压力，即大气压力。 分析（4）式，可以得出如下结论： i平衡盘外径和轮毂直径差值越大，平衡轴向力效果越好，即平衡盘轮毂一定时，平衡盘外径尺寸越大，平衡效果越好。 ii平衡盘外圈迷宫密封效果越好，泄露越小， 平衡效果越好。即压差越大，反作用力越大,平衡效果越好。对于离心式压缩机一般预留

15、30%的轴向力作用在推力轴承上，以保证转稳定运行。 根据平衡盘尺寸，由上式可得平衡盘产生的轴向力。最终由推力轴承承载的轴向力为.（5）平衡盘外径=266mm，平衡盘轮毂处直径=196mm,平衡盘内侧压力P2=7.1MPa,平衡盘外侧平衡管与大气相通P1=0.1MPa.代入（4）式，可以计算出平衡盘平衡掉的轴向力约为：由（5）式得平衡盘到剩余由推力轴承受的轴向力：轴承受力面积为13600mm2，得到轴承实际承受比压为2.05MPa。巴氏合金止推轴承比压的最大许用经验值（GB/T 23892.3-2009)可知许用比压为5MPa。而轴承运行中正常承受比压一般设计在0.7-0.8MPa，实际承受的比

16、压已经远远超过了正常值。由此可知推力轴承载荷过大是造成温度超高的主要原因。4.处理方案及技术措施通过上诉的原因分析和排除，推力轴承载荷过大是导致温度过高的首要原因。是造成推力轴承载荷过大导致温度高的直接原因。增压机满负荷运行出口压力达到7.1MPa时，推力轴承主推温度温度65-68，轴位移0.25mm，达到了理想目标见图6。机组的事故管理是任重而道远的工作，其他的隐患也同样的急需排除，以保证装置长久、稳定的运行。参考文献1董建军，循环氢压缩机推力瓦温度高原因分析及处理，石油与化工设备，45-47；2程传芳；二氧化碳压缩机高压缸止推瓦烧损原因分析及相应措施，124-126；3沈立智，大型旋转机械的状态检测与故障诊断，机械工业出版社，35-37；4 于群 齐富民 闻天苑主编。最新轴承设计与技术规范、故障诊断实务全书，当代中国音像出版社； 5 张根珠 周彪，GM型离心式鼓风机组轴位移量增大原因分析与处理，风机技术，74-766 离心式压缩机，大连工学院编，化学工业出版社