液氧泵電機軸承損壞原因分析與優化改造

周巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

中海石油華鶴煤化有限公司一套以煤為原料、年產30 萬噸合成氨和52 萬噸大顆粒尿素的煤化工生產裝置，其中空分裝置配兩臺法國CRYOSTAR 品牌進口液氧泵，泵體與電機連接結構如圖1所示，屬于低溫液體多級立式離心泵，介質液氧溫度-186 ℃，出口壓力8.6 MPa，持續輸送高壓液氧，經高壓換熱器為氣化爐輸送原料氧氣，是裝置的核心設備之一。液氧泵電機投運后長期存在軸承使用壽命短、檢修頻繁、生產風險高等問題，影響裝置長周期穩定運行。

圖1 液氧泵結構

1 液氧泵電機簡介

DOR 355L2-2-044 型液氧泵電機為德國HELMKE 品牌，額定功率315 kW，額定電流518 A，額定轉速2984 r/min，最高轉速3600 r/min，安裝方式為立式，同軸風扇自冷卻方式降溫，由ABB 品牌ACS800 變頻器調速控制，采用主泵高速3300 r/min、備泵低速1400 r/min 的運行方式，驅動端軸承采用2×7222 ETP2HUL雙軸承背靠背安裝方式，軸承間帶有平衡環，非驅動端采用6317M/C3 單軸承。

2 電機軸承損壞記錄

自2014 年設備投運至2017 年間，液氧泵電機軸承損壞故障較為頻繁，故障多發生于冬季低溫時期。液氧泵電機故障檢修記錄見表1。

表1 2015—2017 年液氧泵電機故障檢修記錄

3 電機軸承損壞原因分析

3.1 環境溫度

鶴崗地區冬季最低溫度可達-30℃以下，雖然軸承所用KLUBERQUIET BQ74-73N 潤滑脂有耐低溫特性，但冬季低溫使軸承內油脂的流動性變差，油脂無法充分進入軸承室，長期如此易導致軸承潤滑不良而發熱，甚至軸溫驟然升高燒毀軸承。

3.2 加脂方法

一般在液氧泵電機加脂足量的情況下，軸承溫度短時間或長時間內持續上升，直至過多的油脂在離心力作用下逐漸脫離軸承室后，軸承溫度開始回落至正常值，如圖2 所示。

圖2 電機日常加脂前后溫度變化趨勢

液氧泵電機銘牌標注的加脂方法存在加脂量較多、加脂周期較長的問題（表2）。

表2 液氧泵電機銘牌加脂要求

加潤滑油需考慮液氧泵高轉速下對加油效果的影響，否則盲目定量加注，會造成軸承潤滑不到位或過量而長期高溫甚至燒毀。通過觀察每日軸承溫度上漲與回落呈規律性變化，受季節環境溫度變化影響，每日趨勢可能稍有差異，但依然可作為軸承溫度異常狀態的判定依據。

3.3 液氧泵轉速變化

液氧泵在手動提速、正?；蚵撴i切泵后，隨備泵轉速升至額定的過程中，電機軸承溫度呈上漲趨勢，并隨液氧泵工況穩定而逐漸趨于平穩，再回落至正常溫度。

3.4 電機檢修與回裝質量

起吊、拆卸聯軸器螺栓前，需先用塞尺測泵體軸向定位尺寸“E”值，嚴格按“E”值對中、回裝復位。電機與泵體的配合精度高，且聯軸器為剛性，整機回裝前需水平垂直起吊，注意電機固定支架水平度，以準確將泵體插入聯軸器內。

液氧泵電機結構精密復雜，有抗低溫系統，檢修技術要求高。電機解體拆卸前，要求進行精確的機械測繪、尺寸配合數據記錄，特別是軸承與軸徑、軸與端蓋間的配合尺寸，檢修后更要按拆卸前的數據進行回裝。

液氧泵與電機間直接通過剛性聯軸器相連，泵體吊掛于電機下方，泵內無止推軸承，而電機軸承設計特殊，驅動端采用雙軸承“背靠背”安裝結構，故電機驅動端承受整體機泵的軸向推力。若配合尺寸出現問題，液氧泵長期運行后，易出現電機兩端軸彎曲、軸動平衡不達標，對電機振值、軸承溫度和使用壽命有一定影響。

近幾年的液氧泵檢修校軸檢查結果中，多次出現過電機軸彎曲問題。因此需根據液氧泵電機日常運行振值、溫度、聲音等指標分析，提前預防檢修，避免突發事故。

4 電機優化改造措施

4.1 電機平衡環改造

2015 年11 月液氧泵電機檢修期間，根據電機結構和工作原理，原設計潤滑脂由上側軸承流出供下側軸承潤滑，但實際油脂只能到達下側軸承外圈，無法到達軸承室，使下側軸承得不到充分潤滑而導致軸承損壞的主要原因，說明雙軸承供油系統存在設計缺陷。經研究分析并制定改造方案，在保證原有結構和機械強度下，改造液氧泵電機驅動端雙軸承間平衡環結構，在確保機械強度情況下，增加6 條對稱均布的圓形凹槽，凹槽同側的邊緣加工同深度的邊環，作為新增潤滑通路，確保下軸承潤滑良好（圖3）。

圖3 改造后的驅動端平衡環

4.2 增加下軸承加脂通道

利用鉆床在平衡環對應部位的驅動端端蓋外部加工一條潤滑脂通道，實現驅動端軸承雙加脂孔結構，作為平衡環改造的補充措施，實現驅動端軸承可靠潤滑。改造后驅動端軸承再未出現突發損壞問題。

4.3 非驅動端增加測溫點

原電機非驅動端無測溫點，為針對2016—2017 年非驅動端軸承多次損壞問題，改造非驅動端端蓋，增加測溫傳感器，并將信號遠傳至中控，實現與驅動端軸承溫度同步在線監控，便于掌握軸承運行狀態，提前做好預防檢維修。

4.4 消除軸電流措施

2019 年8 月份預防檢修液氧泵電機，發現非驅動端軸頸、軸承滑道內存在腐蝕狀壓痕（圖4），結合FLUKE 軸電流檢測設備診斷結果分析，確認為軸電流引起的電侵蝕與槽溝。為消除軸電流帶來的危險隱患，采取以下措施：

圖4 電機非驅動端軸頸電腐蝕痕跡

（1）將原有非驅動端的6317M/C3 軸承改為電絕緣軸承6317M/C3VL0241，即軸承外圈帶有氧化鋁涂層，增加絕緣能力，避免形成軸電流回路。

（2）電機風扇罩增加方形可視窗口，在非驅動端扇葉與端蓋間的軸伸部位安裝接地碳刷，確保軸頸與機座均可靠接地，使轉軸為零電位，以消除軸電壓，并定期通過觀察，及時更換碳刷，避免產生軸電流對軸承、軸頸產生電侵蝕。

5 電機管理優化措施

5.1 工藝優化措施

正常工況時，工藝操作人員按照廠家提供的液氧泵轉速—壓力對照表（表3）進行升速、提壓。穩定工況下，轉速、壓力保持不變，回流閥自動控制調節壓力。

表3 液氧泵轉速—壓力對照表

異常工況時，以液氧泵電機驅動端軸承溫度波動情況居多，當溫度異常波動時，立即檢查電機振值、電流，軸承聲音有無異常。若軸承溫度上升至60 ℃時，工藝手動將備泵轉速提升至2500 r/min左右，視情況做好倒泵準備，協調氣化裝置同步調節氧氣壓力，若10 s 內溫升超10 ℃，緊急停泵。當備泵轉速升至額定值后，迅速將原主泵降速至1400 r/min 觀察運行參數，可考慮接引儀表空氣吹掃降溫，必要時停機檢查。

液氧泵法蘭盤自帶的電伴熱帶功率有限，僅能防止電機軸承結霜，冬季極寒溫度期間，考慮在氧泵電機驅動端增加保溫，避免軸承溫度過低帶來的危害。

5.2 電氣優化措施

（1）改變原有電機潤滑保養方式，使用帶有數顯流量計的電動油槍，逐克緩慢加脂，驅動端改為18 g/720 h，非驅動端改為10 g/720 h，以縮短加脂周期、減少加脂量、增加加脂頻率，隨時觀察中控溫度變化趨勢，若溫度上升速率超過10 ℃/min，應立即停止加脂，回落后再加，必要時可采取臨時降溫措施。

（2）根據環境溫度變化，以0 ℃為界，環境溫度≥0 ℃時，以60 ℃作為異常溫度點；環境溫度＜0 ℃時，以30 ℃作為異常溫度點，執行兩種不同的異常運行判定標準。

（3）嚴格安裝液氧泵電機各配合數據進行回裝，提高電機檢維修、回裝質量，重點是泵體軸向定位尺寸“E”值。

（4）執行液氧泵電機每日定檢定巡、測溫測振記錄，做好數據對比分析與總結。

6 總結

經過改造HELMKE 液氧泵電機驅動端平衡環結構、完善軸承溫度監測、消除軸電流、優化電機管理等技術措施，未再突發液氧泵電機損壞故障。根據實際運行情況，綜合分析判斷異常原因，靈活采取可靠措施，攻克液氧泵電機運行維護難題，有效提高了液氧泵的運行穩定性，實現了液氧泵的安全、穩定、長周期運行目的，為全廠生產系統的持續運行提供了可靠保障。