牛軍棟 李浩天 張勇

北京管道陜西輸油氣分公司

 

摘要：離心式壓縮機是輸氣站場(chǎng)的核心設備，為確保復雜工況下壓縮機組的運行可靠性，普遍采用可傾瓦徑向軸承作為壓縮機轉子的支撐部件。以陜京管道某站場(chǎng)離心式壓縮機組為例，介紹了可傾瓦徑向軸承的工作原理、結構形式、檢查維護等內容，為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機；可傾瓦徑向軸承；工作原理；檢查維護

 

透平壓縮機采用的油膜滑動(dòng)軸承屬于動(dòng)壓軸承類(lèi)，最早采用的是圓瓦軸承，后來(lái)逐漸采用橢圓瓦軸承、多油楔軸承和可傾瓦徑向軸承。其中可傾瓦徑向軸承是指由三個(gè)以上帶支持點(diǎn)支撐的能自動(dòng)調整油楔的可傾弧形瓦塊組成的滑動(dòng)軸承，主要起到支撐、潤滑、散熱和振動(dòng)監測的作用（圖 1）。

圖 1 可傾瓦徑向軸承示意圖

1  可傾瓦徑向軸承結構和工作原理

可傾瓦軸承主要由軸承體、防轉銷(xiāo)、表面鍍有巴氏合金的鋼制瓦塊和RTD熱電阻探頭等部件構成。軸承一般采用4～6塊瓦，沿軸頸的周?chē)�均勻分布，瓦塊與軸頸之間有正常的軸承間隙量，一般取間隙值為軸頸直徑的0.15%～0.20%（實(shí)際標準間隙范圍以廠(chǎng)家規范為準）�？蓛A瓦軸承的瓦塊可以在一定范圍內擺動(dòng)，當工況變化時(shí)能形成最佳油膜。與圓柱軸承和橢圓軸承相比，其優(yōu)點(diǎn)是當軸頸因外界擾動(dòng)偏離平衡位置時(shí)，瓦塊通過(guò)偏轉就可以自動(dòng)調整到平衡位置，使油膜的壓力時(shí)刻和外載荷大小相等、方向相反并且共線(xiàn)，從而形成最佳油楔，因此具有支承柔性大、吸收振動(dòng)能量好、承載能力大、適應正反方向轉動(dòng)的特點(diǎn)。當間隙較小時(shí)，轉子運轉平穩，振動(dòng)小，但形成的油膜剛性較差，油流量小，熱量不易帶走，易引起軸承溫度升高；間隙較大時(shí)形成的油膜剛性好，軸承產(chǎn)生的摩擦熱量能及時(shí)帶走，但易使轉子振動(dòng)值高，壓縮機組運行不穩定。

2  可傾瓦徑向軸承的檢查維護

2.1  間隙測量

離心式壓縮機組徑向軸承間隙測量有抬軸、壓鉛絲和塞尺（存在較大誤差）三種方法。目前普遍采用抬軸法進(jìn)行測量計算。

（1）在軸承座及主軸上各安裝1塊百分表，測量頭垂直抵住被測量面。

（2）使用倒鏈或抬軸工裝緩慢將主軸抬起，直至軸承座百分表表針動(dòng)作時(shí)記錄2塊百分表的讀數。

（3）將主軸百分表讀數減去軸承座百分表讀數，再通過(guò)計算即可得到實(shí)際軸瓦間隙。

如圖 2所示，當軸頸中心與瓦塊曲率中心重合時(shí)，任一瓦塊表面與軸頸表面距離的2倍即為軸瓦間隙。軸頸表面與瓦塊曲率中心外圓接觸時(shí)，軸頸與瓦塊仍未接觸，還會(huì )繼續下沉，直至與瓦塊相抵。

圖 2 軸頸中心與瓦塊曲率的位置關(guān)系

假設實(shí)際軸瓦間隙為e，軸頸中心自重合點(diǎn)下降至與軸瓦表面相抵時(shí)的量為S'，軸頸中心自重合點(diǎn)上升至與軸瓦表面相抵的上升量為S''，抬軸量為S。AC圓弧很短可近似看做A點(diǎn)的切線(xiàn)，則△ABC為∠CAB=90°的直角三角形，AB＝e，BC＝S'。按式（1）計算：

推導得出：S4＝S4'+S4''＝1.414 e，S5＝S5'+S5''＝1.118 e。

軸瓦實(shí)際間隙e與抬軸量的關(guān)系為：四塊瓦時(shí)e＝S4/1.414＝0.707 S4，五塊瓦時(shí)e＝S5/1.118＝0.894 S5。

計算得到的軸承間隙值超出對應的標準范圍值時(shí)，由于可傾瓦軸承無(wú)法調整間隙，需對軸承總成進(jìn)行整體更換[1]。

2.2  滲透檢測

瓦塊表面離心澆鑄一層巴氏合金，主要成分為ZSnSb11Cu6，具有顯著(zhù)降低摩擦阻力的優(yōu)良特性。離心式壓縮機組8K維護保養過(guò)程中，需使用無(wú)損檢測方式對巴氏合金與鋼制襯背的結合面進(jìn)行檢查，主要采用著(zhù)色滲透探傷檢測。

（1）將滲透劑（DPT-5 紅色）充分搖勻，在距離軸承瓦塊150 mm～300 mm處噴涂，確保滲透劑均勻覆蓋瓦塊表面，噴涂完成后靜置20～30分鐘。

（2）使用清水清潔軸承瓦塊表面，確保滲透劑被沖洗干凈。

（3）使用壓縮空氣吹掃軸承瓦塊表面，風(fēng)干表面殘留的水漬。

（4）將顯像劑（DPT-5 白色）充分搖勻，在距離軸承瓦塊150 mm～300 mm處均勻噴涂，確保顯像劑均勻覆蓋瓦塊表面，噴涂完成后靜置20～30分鐘。

（5）人工檢查，當軸承瓦塊巴氏合金結合面發(fā)現紅色剝離痕跡時(shí)，表明瓦塊存在缺陷需進(jìn)行更換（圖 3）。

圖 3 存在巴氏合金剝離的可傾瓦塊

2.3  瓦塊刮傷與磨損檢查

在可傾瓦軸承工作過(guò)程中，會(huì )有許多固體小顆�；烊霛櫥�液與軸承一起工作，此時(shí)就會(huì )在軸承表面出現線(xiàn)狀刮痕（圖 4）。如果顆粒較硬，尺寸比較大，就容易進(jìn)入瓦塊摩擦面，甚至直接嵌入瓦塊表面的巴氏合金中，在顆粒脫落的時(shí)候也會(huì )造成二次刮傷。當接觸應力比較小時(shí)，這種刮傷使得軸承的摩擦副變得粗糙，軸承內油膜的承載能力也會(huì )受損，進(jìn)而又會(huì )加劇摩擦，形成新的刮傷。當接觸應力比較大時(shí)，甚至會(huì )造成軸頸和瓦塊磨損，使尺寸形狀發(fā)生變化，配合精度降低，嚴重降低軸承的整體性能。

圖 4 存在線(xiàn)狀劃痕的可傾瓦塊

離心式壓縮機組潤滑油系統過(guò)濾分離裝置能有效避免大顆粒固體雜質(zhì)進(jìn)入軸瓦摩擦面，造成巴氏合金鑄層損傷的風(fēng)險主要來(lái)自日常檢修過(guò)程中的人員誤操作，包括軸承搬運過(guò)程中的磕碰、拆卸振動(dòng)探頭時(shí)的劃傷及作業(yè)過(guò)程中固體雜質(zhì)的殘留等。故在壓縮機維檢修過(guò)程中應規范操作，并在檢維修結束后，應保證不小于2小時(shí)的潤滑油系統自循環(huán)，以對潤滑油管路、軸承進(jìn)行充分的沖洗清潔。當瓦塊摩擦損傷嚴重時(shí)應更換或對軸承總成進(jìn)行更換。

2.4  瓦塊積碳清潔

例行維護保養時(shí)經(jīng)常發(fā)現瓦塊上出現輕微積碳現象（圖 5）�？蓛A瓦設計間隙小，在摩擦副中潤滑油流量偏小，潤滑油帶走的摩擦熱較少，使得軸承溫度偏高，容易造成軸承瓦塊積碳。積碳是因高溫導致潤滑油變質(zhì)所產(chǎn)生的，通常為黃褐色，情況嚴重時(shí)為黑色。積碳會(huì )進(jìn)一步惡化潤滑油油流，導致散熱能力進(jìn)一步降低，嚴重時(shí)甚至會(huì )發(fā)生“燒瓦”現象[2]。

圖 5 徑向軸承瓦塊及止推軸承瓦塊的積碳

通常采用1000目砂紙蘸取潤滑油后研磨去除，積碳清除后應仔細觀(guān)察積碳覆蓋處的瓦塊表面是否存在點(diǎn)蝕、燒蝕或合金剝離的現象，必要時(shí)更換瓦塊或軸承總成。軸承瓦塊積碳可采取的預防措施如下。

（1）定期抽樣檢測潤滑油，確保潤滑油的運動(dòng)黏度、酸值、水分及固體顆粒物含量在正常范圍內。

（2）離心機組負荷調整操作應緩慢平穩，并減少長(cháng)時(shí)間高負荷運行工況。

（3）有效監控、調節潤滑油油壓、油溫，確保軸承摩擦面的油膜剛度。

（4）必要時(shí)對軸瓦、控油環(huán)、供油通道進(jìn)行技術(shù)改造，進(jìn)一步提升潤滑油通過(guò)量及散熱效率。

3  結論

可傾瓦軸承完好性直接決定著(zhù)壓縮機組的運行可靠性與工作效率。針對日常運行過(guò)程中出現的軸承間隙超標、巴氏合金層剝離、瓦塊刮傷及積碳的情況，在解決表象故障的同時(shí)需進(jìn)一步分析導致故障發(fā)生的系統性原因。包括但不限于潤滑油是否滿(mǎn)足使用要求、軸承安裝是否規范、壓縮機組運行工況是否滿(mǎn)足設計要求等。同時(shí)也可以通過(guò)優(yōu)化潤滑油供油管路、在可傾瓦塊中加工前緣槽等技術(shù)革新，進(jìn)一步提升可傾瓦軸承的有效承載能力，從而保障壓縮機組安全平穩運行。

 

參考文獻：

[1]成海青.可傾瓦徑向軸承間隙測量[J].中國設備管理，1999 (05)：29.

[2]杜冰鋒.離心式壓縮機軸瓦積碳原因分析及解決方案[J].設備管理與維修，2019(07)：67-68.

DOI:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2019.04.29.

作者簡(jiǎn)介，牛軍棟，1983年生，工程師，2006年畢業(yè)于河北工程大學(xué)，現從事長(cháng)輸管道機械設備管理工作。聯(lián)系方式：18561155829，jd6niu@163.com。