離心壓縮機(jī)組高壓缸止推軸承溫度高的原因分析

離心壓縮機(jī)組高壓缸止推軸承溫度高的原因分析

2013年3月19日，隨著單帶離心裝置的發(fā)展，帶壓積軸承的瓦溫從107提高到123，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致軸向運(yùn)動(dòng)的預(yù)拉伸能力和比例增加，導(dǎo)致高瓦溫。1止推軸向力不足原因分析離心壓縮機(jī)組高壓缸止推軸承屬金斯伯雷軸承,自從2005年機(jī)組改造后主止推軸承溫度一直很高,平均溫度在110℃左右。歷年大修停車(chē)檢修,拆檢止推軸承,發(fā)現(xiàn)在每塊主止推瓦塊的出油側(cè)有積碳現(xiàn)象,見(jiàn)圖1。軸承溫度過(guò)高的原因一般有以下幾種情況:(1)軸承潤(rùn)滑油油壓低和供油不足,當(dāng)然也不排除油質(zhì)的影響。在機(jī)組運(yùn)行中,軸承在油膜作用下支撐轉(zhuǎn)子載荷,隨著機(jī)組負(fù)載的變化如轉(zhuǎn)速升高,油溫、油膜形成和承載能力也相應(yīng)變化。軸承供油不足會(huì)導(dǎo)致軸承冷卻不好,潤(rùn)滑油的清潔度不夠會(huì)導(dǎo)致軸承摩擦,都會(huì)引起軸溫升高;(2)軸承質(zhì)量缺陷如瓦塊材質(zhì)或表面粗糙度的缺陷會(huì)使軸承抗摩擦力能力降低;(3)軸向力過(guò)大。機(jī)組轉(zhuǎn)子由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)葉輪的輪盤(pán)和輪蓋兩側(cè)所受的氣體作用力不同,會(huì)使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)指向低壓端的軸向力。機(jī)組轉(zhuǎn)子分兩段六級(jí)葉輪,采用葉輪對(duì)稱布置來(lái)平衡軸向力,殘余軸向推力由推力軸承來(lái)承擔(dān)。從操作工藝上采取增加進(jìn)油壓力、減小進(jìn)油溫度等辦法,但止推瓦溫卻沒(méi)有變化,根據(jù)設(shè)備實(shí)際情況分析決定停車(chē)檢修。經(jīng)過(guò)拆檢分析,止推軸承主推瓦塊表面有嚴(yán)重積碳磨損現(xiàn)象,但無(wú)裂紋、折疊、拉裂、結(jié)疤、夾渣等現(xiàn)象,排除了止推軸承潤(rùn)滑不足和質(zhì)量缺陷的影響,確定主要原因是轉(zhuǎn)子軸向力過(guò)大。經(jīng)設(shè)計(jì)方研究分析,此轉(zhuǎn)子推力軸承完全可以承受轉(zhuǎn)子的殘余軸向力,不存在設(shè)計(jì)上的缺陷。為解決生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題,集思廣益,分析出可能是膜片聯(lián)軸節(jié)熱態(tài)存在預(yù)壓縮,使殘余軸向力增大,導(dǎo)致止推軸承溫度高。2聯(lián)軸節(jié)預(yù)制拉伸量計(jì)算公式2.1冷凝劑的拉伸離心壓縮機(jī)組多采用膜片式聯(lián)軸器,在安裝過(guò)程中,需確定冷態(tài)聯(lián)軸器膜片的預(yù)拉伸量,這是由于在熱態(tài)時(shí)增速箱和壓縮機(jī)的軸會(huì)相對(duì)伸長(zhǎng),因此要求冷態(tài)時(shí)聯(lián)軸節(jié)要有一定的預(yù)拉伸,才能保證熱態(tài)時(shí)聯(lián)軸器膜片軸向不會(huì)產(chǎn)生變形,不影響軸向力的平衡和膜片的使用壽命。由于各壓縮機(jī)制造廠對(duì)冷態(tài)膜片預(yù)拉伸量的數(shù)值要求不同,所以有必要針對(duì)壓縮機(jī)的具體結(jié)構(gòu)和工作溫度,對(duì)冷態(tài)預(yù)拉伸量進(jìn)行驗(yàn)證,保證機(jī)組正確安裝。2.2膨脹系數(shù)法無(wú)論是金屬還是非金屬,熱膨脹是其普遍存在的物理特性,這種特性可以用公式來(lái)表示:式中:α—線膨脹系數(shù),℃-1;L1—膨脹前長(zhǎng)度,mm;L2—膨脹后長(zhǎng)度,mm;ΔL—線膨脹量,mm;Δt—溫升值,℃。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得高壓缸及增速箱的軸及殼體膨脹系數(shù)見(jiàn)表1。2.3預(yù)拉伸盤(pán)的預(yù)算量計(jì)算殼體和軸的伸長(zhǎng)量時(shí),要考慮機(jī)組缸體的結(jié)構(gòu),機(jī)體的膨脹原點(diǎn),機(jī)殼與轉(zhuǎn)子的相對(duì)位移和溫度變化等因素。2.3.1高壓缸轉(zhuǎn)子溫度分布?jí)嚎s機(jī)高壓缸結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)圖2,其膨脹的支點(diǎn)為左側(cè)支架,支點(diǎn)左邊300mm長(zhǎng)的缸體向左側(cè)(增速箱側(cè))膨脹位移,支點(diǎn)右邊870mm長(zhǎng)的缸體向右側(cè)(三段側(cè))膨脹位移;三段側(cè)推力軸承座安裝在外缸體上,其長(zhǎng)度為165mm,其膨脹位移也是向右側(cè)(三段側(cè))。轉(zhuǎn)子的推力瓦安裝在圖中右側(cè),最右端為主推力瓦,轉(zhuǎn)子的膨脹是以主推力瓦為支點(diǎn),向圖中左側(cè)膨脹位移。因此,首先要計(jì)算高壓缸缸體和三段推力軸承座沿著左側(cè)支架向右的膨脹位移。外缸體溫度分布:無(wú)論是壓縮機(jī)還是汽輪機(jī),其整個(gè)缸體由于受到傳熱的影響,存在一定的溫度梯度,如果結(jié)構(gòu)均勻,其溫度梯度是按照線性分布的。為了簡(jiǎn)化計(jì)算,取整個(gè)長(zhǎng)度上的平均溫度進(jìn)行計(jì)算,冷態(tài)的溫度取測(cè)量時(shí)室內(nèi)的溫度為20℃。圖3是測(cè)量時(shí)的缸體溫度分布。由公式ΔL=L1Δtα,支架右側(cè)缸體的長(zhǎng)度L1a=870mm,平均溫度65.88℃,線膨脹系數(shù)0.0000114℃-1,則支點(diǎn)右邊870mm長(zhǎng)的缸體向右側(cè)(三段側(cè))膨脹位移ΔLa=0.455mm。圖3三段側(cè)推力軸承座溫度分布,由公式ΔL=L1Δtα,三段側(cè)軸承座的長(zhǎng)度L1b=165mm,平均溫度為48.6℃,線膨脹系數(shù)為0.0000114℃-1,則支點(diǎn)右邊三段側(cè)軸承座向右側(cè)(三段側(cè))膨脹位移ΔLb=0.0538mm。圖4是高壓缸轉(zhuǎn)子溫度分布。由公式ΔL=L1Δtα,高壓缸轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度(推力盤(pán)主推面至聯(lián)軸節(jié))L1c=1400mm,平均溫度為85.5℃,線膨脹系數(shù)為0.0000134℃-1,則高壓缸轉(zhuǎn)子總的伸長(zhǎng)量ΔLc=1.2298mm。則高壓缸在工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子向左側(cè)(增速箱側(cè))總位移為:2.3.2膨脹量的測(cè)定由公式ΔL=L1Δtα,增速箱殼體長(zhǎng)為340mm,但其地腳全部固定,熱膨脹時(shí)向兩端膨脹,因此取L1d=340/2=170mm,平均溫度54.6℃,線膨脹系數(shù)0.0000112℃-1,則增速箱殼體向左側(cè)(低壓缸側(cè))的膨脹量ΔLd=0.0659mm。由公式ΔL=L1Δtα,高速軸小齒輪軸長(zhǎng)為L(zhǎng)1e=530mm,平均溫度為53℃(回油溫度),線膨脹系數(shù)為0.00001091℃-1,則高速軸小齒輪向右側(cè)(高壓缸側(cè))的膨脹量ΔLe=0.1908mm。則工作狀態(tài)下小齒輪向右側(cè)(高壓缸側(cè))總的位移量為:2.3.3預(yù)拉伸量的測(cè)定忽略膜片聯(lián)軸器本身的伸長(zhǎng)量,只計(jì)算壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子與增速箱小齒輪軸的相對(duì)伸長(zhǎng)量,得出膜片聯(lián)軸器預(yù)拉伸量。增速箱與高壓缸膜片聯(lián)軸器預(yù)拉伸量為:3熱態(tài)膨脹的計(jì)算膜片聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)如圖5所示。首先將聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸推到主止推側(cè),此時(shí)測(cè)量聯(lián)軸節(jié)兩輪轂間距離S=404.10mm,聯(lián)軸節(jié)中間短接L=402.50mm,故加調(diào)整墊厚度S-L-Δ1=0.7541mm。原有墊片厚5×0.40=2.0mm,根據(jù)計(jì)算可知應(yīng)該在此基礎(chǔ)上撤掉3個(gè)墊片,使膜片聯(lián)軸節(jié)的預(yù)拉伸量為0.80mm,接近計(jì)算值Δ1=0.8459mm。經(jīng)過(guò)調(diào)整,該壓縮機(jī)組開(kāi)車(chē)運(yùn)行平穩(wěn),止推軸承溫度控制在100℃以下。通過(guò)對(duì)機(jī)組熱態(tài)膨脹的計(jì)算,可以有效地預(yù)留聯(lián)軸器膜片的預(yù)拉伸量,保證膜片熱態(tài)下的變形最小。對(duì)于設(shè)備的不同結(jié)構(gòu)