大型離心壓縮機徑向軸承的過早拉傷及防范對策

段孝忠

結(jié)合國內(nèi)近年來壓縮機設(shè)計制造的實踐，分析研究了化工用大型離心式壓縮機徑向滑動軸承過早拉傷的特征以及產(chǎn)生原因和防范對策，并根據(jù)目前國內(nèi)一些使用廠家的實際情況，提出幾點有針對性的見解和建議。

大型離心式壓縮機是化工廠的心臟設(shè)備，而它的徑向滑動軸承的過早拉傷，是壓縮機不能正常運行的重大故障之一。由于化工廠多為一條龍生產(chǎn)，各裝置聯(lián)系緊密，由此常常導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。多年來，科技工作者跟蹤、探索它的根源所在，尋求防治、解決它的辦法。

軸承磨損及拉傷根據(jù)所用件運行時間的長短，可分為正常抱軸拉傷與非正常抱軸拉傷(即早期突發(fā)的過量抱軸拉傷) 。

本文主要探索后一種故障的形成特點、產(chǎn)生原因及防范對策。

1 　軸承過早拉傷及損壞原因

1. 1　早損軸承拉傷基本特點分析

在此僅舉兩例。某化肥廠一臺氮氫氣壓縮機(2005年8月投入使用)因振動劇烈而造成被迫停機，經(jīng)檢查為軸承合金層拉傷。根據(jù)現(xiàn)場情況分析，受損的軸承主要為安裝(軸頸2軸承)過緊所致。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)，軸瓦的內(nèi)襯刮蹭面積達23%，拉傷深度達0.46mm。受損部位顏色烏黑，說明潤滑油高溫已經(jīng)變質(zhì)。另一例是，某化工公司使用的國產(chǎn)大型壓縮機(生產(chǎn)車間擴建后用)，新機器安裝后僅用了13天就發(fā)現(xiàn)軸承處冒煙而停機，經(jīng)檢查也為軸承嚴重抱軸拉傷，經(jīng)測檢發(fā)現(xiàn)合金層拉傷劃痕深度為0.53mm。此確為該廠多年來首次遇到的重大事故，使生產(chǎn)受到嚴重損失。

1.2　材質(zhì)、機械性能難以滿足特殊的使用要求

軸承是壓縮機運行時受力較大且負荷復(fù)雜多變的零件，因此從選材質(zhì)量上應(yīng)首先把關(guān)。目前，國內(nèi)化工用大型壓縮機軸承材料(合金層)多為ZCH2SnSb1126、ZCHPb1621622、ZCuPb30等。雖然這些材料強度尚可，但亦有一些不足之處，主要是塑性、韌性不夠高，磨合能力有所欠缺。尤其是對軸承的幾個受力關(guān)鍵處——主軸頸和軸承座結(jié)合部分(此處與其他零件接觸面及斑點要求極高)，稍有細微之缺陷，工作中施力較大時非常易于引發(fā)磨損及劃傷。即便是較好的軸承合金牌號，有時檢驗后也沒有真正達到應(yīng)有的理化標(biāo)準(zhǔn)。如某廠壓縮機軸承損傷后經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)其機械性能及化學(xué)成分未達到要求的指標(biāo)。

近來經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)，軸承材質(zhì)性能亦不是定數(shù)，其變化程度與環(huán)境穩(wěn)定性有關(guān)，因此要隨時進行觀測及調(diào)控軸承的工作條件。此外，軸承的材質(zhì)也和相配零件的材質(zhì)有一個Z佳配比的關(guān)系。這均要由反復(fù)試驗才能予以確定。

1. 3　工況條件較為惡劣且不夠穩(wěn)定

眾所周知，對于壓縮機軸承的早發(fā)磨損及拉傷，除自身因素外，其工作條件的多變是不容忽視的。如化工廠使用的壓縮機，對工況條件有嚴格的要求，但由于各種原因(技術(shù)的、人為的、設(shè)備的、工藝的均有)，氣體的雜質(zhì)、溫度、壓力等工藝指標(biāo)起伏波動較大，致使轉(zhuǎn)子主軸承受的外載加重，出現(xiàn)早期損壞。整個工藝系統(tǒng)的環(huán)境條件(如潤滑油、冷卻水、原料氣等方面)優(yōu)劣，亦決定著所使用機器或零部件正常工作周期的長短。

1. 4　設(shè)計結(jié)構(gòu)欠妥

制造及安裝精度不夠高壓縮機軸承正常運行時間不長即損傷，說明此處存在重大問題。根據(jù)對某廠因故停機的壓縮機各零件分析，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計結(jié)構(gòu)在某些方面不夠合理。例如，機器軸承潤滑油源至某主潤滑處距離較遠，嚴重影響潤滑效果。應(yīng)將軸承的潤滑系統(tǒng)、油路結(jié)構(gòu)等設(shè)計得更趨合理與科學(xué)，以保證軸承受力Z復(fù)雜的局部區(qū)域具有良好的液體摩擦境況。此外，壓縮機制造、安裝精度不夠高也是事故早發(fā)的原因。離心式壓縮機屬于化工廠裝置中精密機器范疇，無論是設(shè)計、制造還是安裝定位，每一環(huán)節(jié)都有相當(dāng)嚴格的要求，每一步均應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求去辦。某廠事故發(fā)生后在用拉鋼絲法檢查拆卸的壓縮機機身和主軸承位置時，發(fā)現(xiàn)有少許超標(biāo)偏差，當(dāng)然這也可能是壓縮機出現(xiàn)過早磨損及拉傷激振事故后引發(fā)的。

Z新研究結(jié)果表明，軸承結(jié)構(gòu)及安裝定位，適度的柔補性也是提高“主軸2軸承”組合件使用壽命的重要條件。

2 　提高壓縮機軸承使用壽命的若干措施

2. 1　保證軸承的選材質(zhì)量與制造精度

除了盡可能地使軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計上合理及科學(xué)以外，在選材上亦應(yīng)把好質(zhì)量關(guān)。所用軸承材料應(yīng)有材質(zhì)合格證，必須符合化學(xué)成分和機械性能的有關(guān)檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

在加工制造方面，更要精心把關(guān)，從坯料生產(chǎn)、合金層澆鑄到機械加工及襯里研磨等各環(huán)節(jié)均應(yīng)按技術(shù)要求辦，每一步都要經(jīng)質(zhì)量檢驗合格后才能進入下一道工序。因“主軸軸承”是壓縮機Z為重要的心臟部件，一旦某一方面過早損傷后果不堪設(shè)想。軸承是支撐轉(zhuǎn)子工作的，在磨損不可避免的情況下，應(yīng)從軸承材料上確保軸頸受到Z小Z緩慢且均勻的磨損。

若軸承過早磨損及拉傷，說明軸頸也相應(yīng)遭到了一定的損害。為此，軸承合金應(yīng)有較高的抗壓強度、疲勞強度及足夠的塑性和韌性等綜合性能。根據(jù)軸承合金的使用要求，其理想的組織應(yīng)是在軟的基體組織上分布硬的質(zhì)點。機器運轉(zhuǎn)時，軟的基體很快被磨損而凹下去，硬的質(zhì)點比較耐磨就變得凸起來，且承擔(dān)了軸及轉(zhuǎn)子的壓力。同時軟的基體還有抗沖擊、抗振和較好的磨合能力。為了充分滿足軸承(特別是大型精密式)在壓縮機中的功用，主軸承的尺寸通常按IT7級精度加工，表面粗糙度Ra值不高于1.6-0.8μm。

此外，由于軸承亦承受很大的動態(tài)及交變載荷(轉(zhuǎn)子均有一定的不平衡度)，為了避免應(yīng)力集中，提高疲勞強度，要求軸承表面不得有凹痕、碰傷、毛刺、裂紋和夾雜物等缺陷，且要求在粗、精加工后分別進行超聲波和磁粉探傷，同時要求軸承的各個過渡圓角處光潔圓滑。

2. 2　提高機器的安裝質(zhì)量與裝配精度

注重壓縮機整體的安裝精度及其各零部件的裝配精度，顯得尤為重要，因它直接影響到軸承乃至壓縮機后續(xù)的運行正常與否。

根據(jù)實地調(diào)查與檢測，發(fā)現(xiàn)幾家工廠使用的壓縮機安裝精度未達到標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)一般廠家在安裝壓縮機過程中，找正方法多為“拉細鋼絲法”，此法安裝誤差較大。根據(jù)先進廠家安裝機器的經(jīng)驗看，Z好選用激光準(zhǔn)直儀找正法，如機型DA350261壓縮機，用此法找正后位置精度達到±2mm。機座接合面用精度為0.01mm/m方框式水平儀測量調(diào)整其縱橫向水平偏差，精度可達不大于0.03mm/m。

另外，壓縮機各零部件間的裝配精度亦須保證，尤其是與“主軸2軸承2軸承座”一些相關(guān)的零部件(如葉輪、油封、隔板、平衡盤、回流器、擴壓器、聯(lián)軸器等)，它們之間的裝配狀況均影響到軸承工作中的受力狀態(tài)優(yōu)劣。安裝前須做好清洗檢查和必要的修理工作，對于一些有較嚴格技術(shù)要求的裝配部位，尤須全力保證。如軸瓦與軸承座以及軸承蓋之間的過盈量應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 　壓縮機軸瓦過盈量參考數(shù)據(jù)mm

2. 3　提升壓縮氣體介質(zhì)的凈化效率及密封質(zhì)量改善系統(tǒng)工藝狀況，是不容忽視的重要環(huán)節(jié)。有些壓縮機所處工作條件較為惡劣，如化肥廠所使用的氮氫氣壓縮機，設(shè)備使用效率低下，流通、處理的介質(zhì)凈化效率不夠(雜質(zhì)較多)就進入壓縮機，軸承也受到泄漏處氣體的腐蝕或浸蝕。因而亦迫使一些施力較大的運動零部件過早損壞。理論上講，化肥廠經(jīng)精煉工段之后的氣體介質(zhì)工藝上必須滿足設(shè)計要求。某廠根據(jù)筆者建議，改進生產(chǎn)工藝流程，在原系統(tǒng)中增加了一臺小型再凈化設(shè)備，有效提升了精煉工段的效率，壓縮機使用壽命亦大大提高，原來有的機器軸承僅使用很短時間就出現(xiàn)傷痕，現(xiàn)在已運行數(shù)月的壓縮機軸承亦完好無損。

實踐證明，前期工段必須把原料氣中的CO、CO2、O2、H2 S等對催化劑有毒的成分清除干凈，或小于一定的允許值(對氣體內(nèi)的含水含油量亦如此)，再就是提高軸封的密封質(zhì)量，這樣不但提高了工廠的經(jīng)濟效益改善了工作環(huán)境，也有效保護了壓縮機的正常運行。

2. 4　改善潤滑條件，優(yōu)化運行環(huán)境壓縮機在運行中，軸承合金層承受著較大的壓應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)力矩。若軸承潤滑條件不良或不穩(wěn)定，勢必影響主軸2軸承正常運行及使用壽命。此外，轉(zhuǎn)子啟動、停止及運行中無時無刻不承受著極大的摩擦力。因此，要選擇適宜牌號的潤滑油，并使油路、油槽、油孔通暢。此外，還應(yīng)保持潤滑油一定的油質(zhì)、溫度、壓力和清潔度，以保證軸頸2軸承組合件的良好液體滑動。某廠在冬季對壓縮機軸承2軸頸早期磨損及傷修復(fù)后，改進了油過濾器，并增加了一個油路保溫器，開車重新投產(chǎn)后，再未出現(xiàn)此類故障。

2. 5　加強運行監(jiān)控，提高維護保養(yǎng)水平壓縮機運行過程中，應(yīng)加強監(jiān)控，如潤滑油的油質(zhì)油量保障，各配合件的間隙大小及緊固件間的連接穩(wěn)定性。此外，還可以進行科學(xué)的局部性技術(shù)改造，如某廠對原使用的圓柱瓦通過刮研改成橢圓瓦，大大消除了由于油膜振蕩引發(fā)的軸承過早損傷。對于檢修質(zhì)量，亦應(yīng)引起足夠重視。如不正確擰緊連接螺紋、配合表面不平整、粗糙度不合要求等，都會引起機器運轉(zhuǎn)不靈活，產(chǎn)生噪音與振動，使機件損壞速度加劇。大型壓縮機軸承在使用過程中，若出現(xiàn)較嚴重磨損(其磨損量大于0.13-0.15mm) 、磨傷或劃痕(產(chǎn)生較深的縱向溝紋)和產(chǎn)生較大的彎曲變形時，應(yīng)予以及時合理的修理，缺陷過于嚴重者則應(yīng)更換。若主軸頸磨損，亦應(yīng)及時處理，可用鍍鉻或車外圓的方法進行修復(fù);磨傷或劃傷后，可先將軸頸表面清洗干凈，然后用手工研磨，或用機床車削加工的方法把縱向溝紋消除。若發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)襯拉傷較嚴重，可以在其表面堆焊一層新的合金再機加工至規(guī)定要求的方法予以修復(fù)，但用此法時一定要注意軸承熱變形引發(fā)新的偏差。

3 　其它幾點注意事項

(1) 注意借鑒國內(nèi)外研究新成果，加強機器運行狀態(tài)檢測，及時調(diào)節(jié)運行條件，把握機器的運行特點和規(guī)律(繪制出參考運行狀態(tài)曲線) 。

(2) ?次安裝與大修機器時，軸承及其各相配合的零部件部分均應(yīng)予以認真檢查與驗收，外購件和外修件宜保證內(nèi)在質(zhì)量及加工精度。且注重動態(tài)精度的變化及調(diào)控。

(3) 大型主軸轉(zhuǎn)子在運輸、保管及拆裝吊進吊出過程中，宜輕拿輕放，切勿擦傷與撞擊軸承。

(4) 不斷提高操作人員、檢修人員及管理人員的理論與技術(shù)水平，為正確科學(xué)地使用、檢修和管理機器創(chuàng)造優(yōu)越條件。

(5) 根據(jù)軸承磨損、腐蝕、劃傷等狀況進行理論計算和經(jīng)驗評估，以合理確定檢修周期，且根據(jù)實際情況的變化具有一定的靈活性。

(6) 壓縮機在拆裝過程中，宜使軸轉(zhuǎn)子盡可能保持水平狀態(tài)，天車上的鋼絲繩應(yīng)**在零件前后的重心部位(避開受磨的精密區(qū)域且墊上柔軟的襯墊)。

4 　結(jié)束語

某化工廠有兩臺大型離心式壓縮機，近年來，采取了以上所述措施，壓縮機出現(xiàn)的故障頻率大大減少，軸承早期過量磨損及拉傷問題也基本得到有效解決。由此可以看出:

(1) 壓縮機軸承的正常磨損劃傷是一種允許的自然現(xiàn)象和規(guī)律，是其Z主要的損壞形式，而早期過量磨損及拉傷則屬于事故性損壞范疇。

(2) 通過人為地技術(shù)性調(diào)控，完全有可能營造機器的良好運行環(huán)境與條件，軸承的使用壽命亦可以達到設(shè)計的工作期限。

(3) 若采用先進的技術(shù)改造，使其結(jié)構(gòu)更趨合理(將受力集中的瓦背區(qū)域適度增加一定的柔補性且充分改善軸瓦襯里潤滑條件)，并保證較高的材料質(zhì)量和加工安裝精度，還可以進一步提高大型壓縮機軸承的使用。

（來源：化工設(shè)備圈）