壓縮機軸承損壞原因分析及對策

喬 鵬

亞東石化（上海）有限公司 上海市

一、引言

德國SIEMENS公司生產的壓縮機組，機組試車后于2006年3月投入使用，2007年7月，空壓機組在開車過程中，因壓縮機大齒輪北側徑向止推軸承溫度異常升高造成位移、振動監測數據值超過聯鎖值跳車。后更換了壓縮機主軸承和防靜電碳刷系統，機組運行至今基本正常，但每次大修均需檢查軸承是否有靜電損壞。

二、壓縮機組概況

1.機組組成及技術特點

整個機組包括透平，中間軸承，壓縮機，電機/發電機及膨脹機組成。透平功率15MW，在驅動端軸承箱上裝有一銅刷，將運行時產生的靜電導掉。電機的功率是14.5MW，在機組啟動時起電機的驅動作用，正常運行時，因膨脹機做功驅動，電機則轉換成發電機。

2.軸承損壞狀況

止推軸承表面由于高溫和機械磨損已經完全損壞（圖1、圖2），徑向軸承下半部分嚴重刮傷（圖3），徑向軸承的上半部分可以分成4個區域：①有刮傷的區域；②表面完整區域；③一個三角形的區域帶有暗灰顏色；④靠近中間剖分面的區域，巴氏合金由于磨損附著在表面上（圖4）。另外，止推軸承上的巴氏合金因磨損也傳遞到徑向軸承上。區域③通過放大鏡觀察可看到許多坑點（圖 5、圖 6）。

圖1 左半止推軸承表面高溫和磨損

圖2 右半止推軸承表面高溫和磨損

圖3 徑向軸承嚴重刮傷

圖4 巴氏合金磨損

圖5 細坑點

圖6 粗坑點

三、軸承損壞原因分析

（1）三角形的暗灰色區域③，從表面看已經有明顯的電腐蝕跡象。

（2）從區域③切下一小快試樣在電子顯微鏡下觀察，表面上顯示象融化的坑點式的電腐蝕特性。

（3）在正常操作期間，尤其是啟動和停止時，軸承表面由于電腐蝕，摩擦力增大，造成軸瓦表面巴氏合金輕微損壞，軸承溫度有升高的波動現象，直至高到巴氏合金完全融化，從而造成軸瓦完全損壞。從監測數據可以看出這一點。在6月停車時，軸承徑向瓦溫度有非常明顯波動，甚至高到近90℃，此時軸瓦表面已經有損傷，但還未到完全損壞的程度，直至7月再次開車時，摩擦力繼續加大造成軸瓦高溫，引起巴氏合金融化，軸瓦完全損壞。

止推軸承的損壞是因為當徑向瓦的巴氏合金融化后，擋住了止推瓦的進油孔，止推瓦在無油狀態下瞬間燒毀。

四、靜電腐蝕原因

1.防靜電銅刷狀況

如圖7，防靜電刷安裝在透平的驅動端，靠重力作用接觸到軸上，從而將軸上所產生的靜電導掉。

2.防靜電銅刷問題

在使用過程中發現，該銅刷極易磨損，只有2～3周的使用壽命，如圖8照片，磨損后該銅刷將起不到導靜電的作用。

3.解決靜電腐蝕措施

（1）監視接地電流的變化。用示波器按圖9方式測量電流變化，如果電流＞0.5A，則需檢查靜電刷的狀況，若電流＞1A，說明靜電刷已經完全不起作用，軸瓦可能受到靜電損害，必須馬上停機檢查。另外需要注意一點，若測量結果長期沒有變化，應檢查測量設備的功用是否完好。

圖7 防靜電刷安裝位置

（2）監視電阻的變化。在透平兩端接線，在兩軸之間安裝一歐姆表。但透平在靜止狀態時，顯示的電阻值應在 0.1～100Ω，具體值取決于電纜的長度。當機器在操作狀態時，電阻值是一個波動的數值，但通常在100Ω，若電阻波動的平均值在上述范圍，則說明靜電刷的工作正常，若電阻值不在這個范圍，說明靜電刷已經有問題。

（3）改造靜電接地系統。以上靜電接地的測量方法只是為避免軸承靜電損壞而采取的一些臨時測量方法，要徹底解決該靜電損壞問題，則需要徹底改造該靜電刷結構。經過研究，并結合其他裝置該系統的狀況，又重新設計了一種靜電接地系統，該系統將銅刷結構改為碳刷，并將安裝位置移到靠近壓縮機端的聯軸節處。

圖8 防靜電銅刷

圖9 測量電流變化

五、效果討論

通過改造，碳刷壽命延長，從以前的2～3周延長到近5個月，盡管未達到預期2～3年的使用壽命，但已經有所改善，關鍵是消除了靜電，避免了軸承的損壞。將銅刷改為碳刷后，從2008年至今，每次大修均檢查軸承的使用狀況，未發現軸承有靜電腐蝕跡象，可以說已經基本消除了這一故障，目前的重點是在如何延長碳刷的使用壽命上。