增压机推力轴承温度高问题的原因分析及处理

冯飞 任建明

摘 要：本文介绍了一起由于静电腐蚀造成的空分机组增压机轴位移上涨，推力轴承温度高的故障，分析了故障原因以及制定了整改措施，并对类似问题进行了总结。

关键词：增压机;静电腐蚀;止推轴承

一、前言

空分装置广泛应用于石油、化工、煤化工、冶金、化肥等行業，随着我国经济的发展、空分装置精细化、大型化发展，对空分装置配套压缩机组的需要也稳步增长，对于压缩机机组高效、可靠、长周期的要求也越来越高。

二、问题概述

某化工厂4万空分机组为汽轮机双出轴，拖动空压机和增压机，所配套汽轮机为凝气式汽轮机，型号EHNKS50/71/32，增压机为筒式离心压缩机，型号EBZ45-6。其中增压机设计参数主要如下：

该机组最近一次开机后，一段时间内增压机各项运行参数符合设计要求。运行约3个月后，发现增压机轴向位移开始缓慢增大，伴随着推力轴承主推力温度缓慢上涨。运行约5个月后，轴位移突然上升至0.94mm，推力轴承温度突然升高，最大超过140℃，造成机组连锁停机。

三、原因分析

机组经过降温盘车后，将增压机与汽轮机断开，并将增压机进行解体，内缸返回制造厂家进行检查修复。结合现场检查和在制造厂内的检查，主要损伤情况及分析如下：

1）现场核实联轴器档距，冷态安装条件下中间段预拉伸2mm，基本满足联轴器图纸要求，在运行过程中不会由于联轴器被压缩而引入额外轴向力。

2）查记录润滑油油温、油压也在合理范围内。

3）转子推力盘主推力面粗糙度下降，明显无金属光泽，表面有疑似乌金颗粒粘附，具体区域为与瓦块接触对应区域。

4）增压机内部口圈及级间密封完好基本均在设计范围内，排除内部窜气的可能。本台增压机平衡盘密封为金属软密封，转子、定子间为负间隙，可以保证更好的密封效果，进而确保平衡盘平衡残余轴向力的作用。经检查发现密封有轻微损坏，但基本能达到原始设计间隙，平衡盘密封失效造成推力瓦温度高也可排除。

5）主推力瓦块大部表面粗糙度下降，有疑似磨损痕迹，与未损伤部分有明显分界线，整个瓦块乌金层厚度差别较大，在瓦块排油一侧尤为明显。

用高倍放大镜观察呈密集针孔、蜂窝状，对比前期下线的瓦块，均存在类似损伤。

推力轴承未发现其他明显问题。

此外，支撑轴承瓦块也存在类似损伤，较轻微。

6）经过查看，在汽轮机进气侧轴承上盖上预留有安装接地电刷法兰口，使用法兰盲板封死，未安装接地电刷。

对于凝气式汽轮机，当有水滴经过高速旋转的叶片时，会在叶片上产生静电聚集。若聚集的静电不能及时导入地下，则在轴系上的静电会越聚越多，与大地间的电势也会越来越高，当电势达到一定程度时，则会击穿轴承与轴系之间的油膜，产生火花放电，对转子主轴及轴承造成静电腐蚀。

前期笔者处理的离心压缩机推力瓦温度高的案例中，也曾在多个使用单位现场发现止推轴承瓦块存在类似损坏，如下图所示，最终通过在汽轮机上增加接地电刷而解决。

通过检查发现的问题，结合以往类似问题的处理结果，分析认为，导致本次事故的主要原因为机组由于轴系静电积累，最终在增压机推力轴承推力瓦上放电，导致推力瓦表面乌金不断减少，引起轴位移缓慢上涨，如下图所示：

静电腐蚀会损伤轴瓦表面，影响油膜形成，且由于有效面积不断减小，达到某一临界点后，最终无法承担残余的轴向力，造成轴位移和瓦温突然上涨而造成停机。

四、措施及效果

根据增压机解体发现的损坏的情况，结合以往类似问题的处理方式，在对增压机进行检修过程中以及现场调试中，主要采取了以下措施：

1）在汽轮机进气侧安装接地电刷，及时将静电导入大地，避免静电聚集，且要求机组运行过程中定期检查接地电刷对地电压、电流，确保接地电刷处于正常工作状态。

2）研磨转子主推力面，要求粗糙度达到Ra0.8，端面机械跳动不超过0.01mm。

3）更换了新的平衡盘密封，要求密封间隙达到设计要求，确保平衡盘可以有效地平衡转子轴向力。

4）更换推力轴承主推力瓦块，检查各个瓦块厚度，要求厚度偏差不超过0.01mm，并适当开大进油油楔，安装时确保瓦块与推力盘的接触面积，至少达到80%。

5）确保润滑油油压、油温达到机组设计要求。

6）确保联轴器档距满足要求。

在本次检修完开机后，测量初期汽轮机转子对地电压，便高达10V。典型的轴承损伤电压是30-100V。如果静电不能及时进行释放，伴随着机组运行而不断积累，电势差达到一定程度时，最终会在轴系薄弱环节进行放电，主要是轴承部位。这也从侧面验证了上述原因分析的正确性。

通过采取上述措施，机组开机后，增压机排气压力达到设计压力时，主推力瓦温度最高85℃，完全满足生产需要。

五、结论

1、根据故障现象和增压机损伤情况，对原因进行了深入分析，结合以往类似问题的处理经验，确定推力轴承电腐蚀是造成事故的主要原因。通过更换增压机推力瓦和在汽轮机侧增加接地电刷，解决了增压机轴位移上涨和推力瓦温度高的问题。

2、对于汽轮发电机组，一般在发电机配套碳刷以消除静电聚集的影响。而在工业拖动汽轮机中，特别是凝气式汽轮机，静电聚集放电引起轴承电腐蚀损坏的问题还没有受到特别关注。希望可以借助本案例，引起广大设备维护人员对此问题的足够重视，避免静电腐蚀问题的再次发生。653FD5BC-4D93-42AB-81A1-8B4D196A9A28