四合一機組止推軸承偏磨原因與檢修維護

高 峰

（遼陽石化分公司尼龍運行部，遼寧遼陽 111003）

0 引言

在遼陽石化公司尼龍運行部硝酸裝置區11.6 萬噸/年稀硝酸裝置中，四合一機組是裝置的核心設備。四合一機組由汽輪機、氧化氮壓縮機、減速機、軸流空氣壓縮機以及尾氣膨脹機組成。汽輪機和氧化氮壓縮機通過膜片聯軸器連接在一起，額定轉速為11 060 r/min；軸流空氣壓縮機與尾氣膨脹機通過剛性聯軸器連接在一起，額定轉速為8350 r/min。四合一機組共有3 套止推軸承，汽輪機、氧化氮壓縮機和軸流空氣壓縮機各有一套止推軸承。其中，軸流空氣壓縮機的推力軸承在長時間運行中出現主推力瓦溫度偏高現象，溫度最高時達到103 ℃，并出現主推力瓦塊偏磨問題。針對上述問題，在檢修中找出具體原因并加以解決。

1 止推軸承瓦塊偏磨原因分析與檢修措施

1.1 推力軸承的工作條件及特點

軸流空氣壓縮機額定功率為4481 kW，額定轉速為8350 r/min，入口溫度為15～33 ℃，入口壓力為0.095 25 MPa，出口溫度為210～230 ℃，出口壓力為0.45 MPa，推力軸承的報警溫度為105 ℃，聯鎖停車溫度為115 ℃（聯鎖值為同側二取二）。四合一機組所使用的止推軸承有兩種，分別為米契爾軸承和金斯貝雷軸承。其中，汽輪機使用米契爾軸承，軸流壓縮機和氧化氮壓縮機使用金斯貝雷軸承。軸流壓縮機的止推軸承由主、副推力瓦組成，主、副推力瓦各由10 塊扇形瓦塊組成，碳鋼瓦塊表面澆鑄有巴氏合金。金斯貝雷軸承和米契爾軸承的共同點是推力瓦塊都是活動多塊式；不同點是米契爾軸承為單層排列，金斯貝雷軸承采用多層排列，使載荷分布更均勻、調節更靈活，可以更有效地補償轉子運行時產生的不對中與偏斜。

1.2 基本結構形式

汽輪機所使用的米契爾軸承基本結構如圖1a）所示，主要由軸承體、推力瓦塊、定位塊、定位銷、調整墊圈等組成。推力瓦塊用刃口與軸承體的環形平面接觸，當推力瓦塊承受推力時可以自動調整位置，以形成有利的油楔。

軸流空氣壓縮機所使用的金斯貝雷軸承基本結構如圖1b）所示，主要由軸承體、推力瓦塊、上、下水準塊、定位銷、調整墊圈等組成。推力瓦塊刃口與上水準塊接觸，上、下水準塊之間用圓弧面接觸，下水準塊用刃口與軸承體的環形平面接觸，保證推力瓦塊、上、下水準塊之間自由擺動，使載荷分布均勻，形成的油楔均衡、穩定。

1.3 偏磨原因分析

正常運行時，由于推力盤高速旋轉，把潤滑油帶進瓦塊和止推盤之間的間隙形成油膜，推力瓦塊與止推盤之間由于油膜的存在，推力瓦塊幾乎沒有磨損。轉子的軸向力通過推力盤經過油膜傳給主推力瓦塊，然后通過軸承體傳給軸承座，只有在啟動或減負荷時，才有可能出現反向推力，此時的軸向推力由副推力瓦塊來承受。

硝酸裝置四合一機組在運行數個周期后，軸流空氣壓縮機止推軸承出現了主推力瓦偏磨、瓦溫偏高的現象，雖然在幾次檢修中更換了新的瓦塊，但在運行一段時間后偏磨現象仍然存在。針對這一問題，在2009 年6 月硝酸裝置的窗口檢修中，對軸流壓縮機止推軸承進行了解體檢查。解體后發現，軸流壓縮機推力軸承的推力瓦塊與上水準塊刃口接觸位置減薄0.05～0.13 mm，上、下水準塊刃口均減薄0.04～0.10 mm，上、下水準塊相接觸的圓弧面減薄0.06～0.10 mm，軸承體與下水準塊接觸位置減薄0.05～0.11 mm，同時，推力瓦塊、上、下水準塊的定位銷以及銷孔也有不同程度的磨損。

米契爾軸承和金斯貝雷軸承能夠自由活動，是因為在它們的推力瓦塊下有一個支點。對于米契爾軸承，這個支點是推力瓦塊刃口（圖1c））；對于金斯貝雷軸承，支點是上、下水準塊刃口（圖1d））。通常情況下，軸承支點一般偏離推力瓦塊中心3～5 mm，推力瓦塊可以繞支點自由擺動，在推力瓦塊中心處有一個間隙配合的定位銷，推力瓦塊擺動的幅度受定位銷制約。當推力瓦塊在軸向力長期作用下，由于支點和上、下水準塊的圓弧面處的磨損加劇，改變了瓦塊的位置，使推力瓦塊與推力盤產生偏接觸，造成推力瓦塊與止推盤間的油膜穩定性下降，油膜產生失穩、振蕩，進入推力瓦塊與止推盤間隙中的油量減少，瓦塊溫度上升。由于推力瓦塊與推力盤偏接觸，瓦塊邊緣壓力過大，磨損加劇，從而造成推力瓦塊偏磨。

1.4 檢修措施

針對上述原因，如果在檢修時只采取更換推力瓦塊的方式，不能從根本上解決推力瓦塊的偏磨問題。所以，在軸流空氣壓縮機檢修時，采取了更換新止推軸承的方案。在安裝新軸承前，首先對新軸承進行了解體檢查，測量新軸承的各部位尺寸，并與舊軸承相應部位尺寸進行對比，將新軸承的總體裝配尺寸調整到同舊軸承總體尺寸相同。新軸承安裝在軸承座上時，要保證止推間隙在規定范圍內，氧化氮壓縮機和軸流壓縮機的止推間隙設計值均為0.40～0.50 mm。如果止推間隙超差，輕者會改變流道位置，使壓縮機運行時氣體流動發生變化，影響壓縮機的效率；重者會使壓縮機動、靜部件發生擦碰，造成嚴重事故。

在檢查新軸承時，對推力瓦塊的檢查非常重要。新軸承一定要有出廠檢驗合格證，最好能確認推力瓦塊是否進行超聲波探傷，以確保新瓦塊無氣孔、裂紋、起層、脫皮等質量缺陷。檢查新瓦塊的大小要同舊瓦塊基本相同，瓦塊太小形成的油楔小，使軸承所能承受的軸向力變小；瓦塊太大會使潤滑油的回油量減少，使瓦溫升高。還要檢查推力瓦塊的厚度，所有瓦塊的厚度偏差應在0.02 mm 以內，如有瓦塊超差，需要修研到規定的公差范圍內。瓦塊表面巴氏合金的厚度通常在1.5 mm 左右，厚度必須小于壓縮機動、靜部分間的最小間隙。

檢查完瓦塊后，要對止推軸承進行預裝。先將壓縮機兩側的徑向軸承安裝好，使壓縮機轉子在徑向上定位。然后在主、副推力瓦塊的表面和推力盤兩側面涂上紅丹粉，將轉子分別撥到主推力瓦和副推力瓦側手動盤車，檢查推力瓦塊的接觸面積是否達到80%，若達不到，就需要對瓦塊進行研磨，使之達到規定的接觸面積。

在檢修過程中，應采用千分表測量止推間隙，測量時先將千分表架固定在軸承座上，把千分表的指針指向推力盤工作面上，先將轉子推向一側的極限位置，然后將轉子推向另一側的極限位置，記錄千分表讀數的差值，這個差值就是轉子的軸向工作竄量，即止推間隙。如果止推間隙尺寸不符合要求，可以通過調整軸承兩側調整墊圈內墊片的厚度來獲得所需要的間隙值。在對軸流壓縮機的檢修中，主要在主推力瓦側進行了墊片的調整，增加了0.20 mm 的墊片，使止推間隙符合檢修規定。軸流壓縮機通過此次檢修后，經過一段時間的運行，推力軸承的工作狀況良好。主推力瓦的溫度為77～83 ℃，壓縮機的各項參數正常，運行穩定，主推力瓦溫度偏高的問題得到有效解決。

2 日常維護

潤滑油系統的日常維護對機組的穩定運行非常重要。首先要保證機組的主油箱內潤滑油量充足，油箱的液位計和低液位報警開關處于完好狀態，油箱電加熱器需要定期維護，保證其隨時可以投入使用。板式油冷器應定期檢修，對板式換熱片進行油垢和水垢處理，使油冷器處良好的工作狀態。要保證機組主油泵工作平穩，出口壓力和流量正常，副油泵處于備用狀態，使兩臺泵可以隨時切換。機組正常運行時，備用油泵的啟動開關應打在自啟位置，當主油泵出現故障時備用油泵能自行啟動，從而保證機組潤滑油供應充足。機組油過濾器的維護也很重要，油過濾器上的表壓讀數達到1.5 MPa 時，說明過濾器的濾芯堵塞嚴重，這時必須切換備用過濾器。如果不及時切換過濾器，會使過濾器濾芯在較大壓強的作用下發生變形、抽癟，甚至破裂損壞，使灰塵、金屬碎屑等雜質進入油系統中，污染潤滑油，造成機組轉子軸頸和軸瓦表面損傷，影響機組平穩運行。停用的過濾器經過排油處理后，應更換新的濾芯備用。

機組潤滑油溫度要求控制在35～45 ℃。在實際運行中，潤滑油溫度控制在38～41 ℃時，機組的運行更加穩定，在日常操作時要盡量將油溫控制在上述范圍內。油溫過高或過低，都會使機組軸瓦的振值上升，不能平穩運行。機組的潤滑油要定期檢驗油質，檢驗水分和酸值的含量，還要定期使用濾油機對潤滑油進行油水分離，去除潤滑油中的水分。在日常操作中，應嚴格監控機組的軸瓦溫度、潤滑油溫度、軸向位移、徑向位移等參數，加強現場巡檢，保證油系統平穩運行，及時將各參數調整到最佳范圍內，并認真地如實記錄各項參數，為以后的檢修提供可靠依據。

3 結束語

通過對軸流壓縮機止推軸承的檢修積累總結工作經驗。軸流壓縮機由于長周期運行，主推力軸瓦長期承受軸向力，關鍵部件出現疲勞磨損，使瓦塊與推力盤偏接觸，最終造成瓦塊偏磨。對于設備關鍵部件的檢修，應當根據設備運行的時間及運行狀況確定，如果該部件在運行中長期承受較大負荷，那么在檢修中就應考慮整體更換，而不應只更換其中部分磨損或損壞的零件。當設備在運轉中出現問題，在解決問題時不能只注意表面的現象，而應細致認真地探究其深層次的原因，徹底解決問題并消除隱患，精心地維護、檢修和操作設備，才能夠保證設備的安穩運行。