牛軍棟 李浩天 張勇

北京管道陜西輸油氣分公司

摘要：離心式壓縮機(jī)是輸氣站場(chǎng)的核心設(shè)備，為確保復(fù)雜工況下壓縮機(jī)組的運(yùn)行可靠性，普遍采用可傾瓦徑向軸承作為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的支撐部件。以陜京管道某站場(chǎng)離心式壓縮機(jī)組為例，介紹了可傾瓦徑向軸承的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、檢查維護(hù)等內(nèi)容，為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；可傾瓦徑向軸承；工作原理；檢查維護(hù)

透平壓縮機(jī)采用的油膜滑動(dòng)軸承屬于動(dòng)壓軸承類，最早采用的是圓瓦軸承，后來逐漸采用橢圓瓦軸承、多油楔軸承和可傾瓦徑向軸承。其中可傾瓦徑向軸承是指由三個(gè)以上帶支持點(diǎn)支撐的能自動(dòng)調(diào)整油楔的可傾弧形瓦塊組成的滑動(dòng)軸承，主要起到支撐、潤(rùn)滑、散熱和振動(dòng)監(jiān)測(cè)的作用（圖 1）。

圖 1 可傾瓦徑向軸承示意圖

1  可傾瓦徑向軸承結(jié)構(gòu)和工作原理

可傾瓦軸承主要由軸承體、防轉(zhuǎn)銷、表面鍍有巴氏合金的鋼制瓦塊和RTD熱電阻探頭等部件構(gòu)成。軸承一般采用4～6塊瓦，沿軸頸的周圍均勻分布，瓦塊與軸頸之間有正常的軸承間隙量，一般取間隙值為軸頸直徑的0.15%～0.20%（實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)間隙范圍以廠家規(guī)范為準(zhǔn)）。可傾瓦軸承的瓦塊可以在一定范圍內(nèi)擺動(dòng)，當(dāng)工況變化時(shí)能形成最佳油膜。與圓柱軸承和橢圓軸承相比，其優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)軸頸因外界擾動(dòng)偏離平衡位置時(shí)，瓦塊通過偏轉(zhuǎn)就可以自動(dòng)調(diào)整到平衡位置，使油膜的壓力時(shí)刻和外載荷大小相等、方向相反并且共線，從而形成最佳油楔，因此具有支承柔性大、吸收振動(dòng)能量好、承載能力大、適應(yīng)正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)。當(dāng)間隙較小時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，振動(dòng)小，但形成的油膜剛性較差，油流量小，熱量不易帶走，易引起軸承溫度升高；間隙較大時(shí)形成的油膜剛性好，軸承產(chǎn)生的摩擦熱量能及時(shí)帶走，但易使轉(zhuǎn)子振動(dòng)值高，壓縮機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。

2  可傾瓦徑向軸承的檢查維護(hù)

2.1  間隙測(cè)量

離心式壓縮機(jī)組徑向軸承間隙測(cè)量有抬軸、壓鉛絲和塞尺（存在較大誤差）三種方法。目前普遍采用抬軸法進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。

（1）在軸承座及主軸上各安裝1塊百分表，測(cè)量頭垂直抵住被測(cè)量面。

（2）使用倒鏈或抬軸工裝緩慢將主軸抬起，直至軸承座百分表表針動(dòng)作時(shí)記錄2塊百分表的讀數(shù)。

（3）將主軸百分表讀數(shù)減去軸承座百分表讀數(shù)，再通過計(jì)算即可得到實(shí)際軸瓦間隙。

如圖 2所示，當(dāng)軸頸中心與瓦塊曲率中心重合時(shí)，任一瓦塊表面與軸頸表面距離的2倍即為軸瓦間隙。軸頸表面與瓦塊曲率中心外圓接觸時(shí)，軸頸與瓦塊仍未接觸，還會(huì)繼續(xù)下沉，直至與瓦塊相抵。

圖 2 軸頸中心與瓦塊曲率的位置關(guān)系

假設(shè)實(shí)際軸瓦間隙為e，軸頸中心自重合點(diǎn)下降至與軸瓦表面相抵時(shí)的量為S'，軸頸中心自重合點(diǎn)上升至與軸瓦表面相抵的上升量為S''，抬軸量為S。AC圓弧很短可近似看做A點(diǎn)的切線，則△ABC為∠CAB=90°的直角三角形，AB＝e，BC＝S'。按式（1）計(jì)算：

推導(dǎo)得出：S4＝S4'+S4''＝1.414 e，S5＝S5'+S5''＝1.118 e。

軸瓦實(shí)際間隙e與抬軸量的關(guān)系為：四塊瓦時(shí)e＝S4/1.414＝0.707 S4，五塊瓦時(shí)e＝S5/1.118＝0.894 S5。

計(jì)算得到的軸承間隙值超出對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)范圍值時(shí)，由于可傾瓦軸承無法調(diào)整間隙，需對(duì)軸承總成進(jìn)行整體更換[1]。

2.2  滲透檢測(cè)

瓦塊表面離心澆鑄一層巴氏合金，主要成分為ZSnSb11Cu6，具有顯著降低摩擦阻力的優(yōu)良特性。離心式壓縮機(jī)組8K維護(hù)保養(yǎng)過程中，需使用無損檢測(cè)方式對(duì)巴氏合金與鋼制襯背的結(jié)合面進(jìn)行檢查，主要采用著色滲透探傷檢測(cè)。

（1）將滲透劑（DPT-5 紅色）充分搖勻，在距離軸承瓦塊150 mm～300 mm處噴涂，確保滲透劑均勻覆蓋瓦塊表面，噴涂完成后靜置20～30分鐘。

（2）使用清水清潔軸承瓦塊表面，確保滲透劑被沖洗干凈。

（3）使用壓縮空氣吹掃軸承瓦塊表面，風(fēng)干表面殘留的水漬。

（4）將顯像劑（DPT-5 白色）充分搖勻，在距離軸承瓦塊150 mm～300 mm處均勻噴涂，確保顯像劑均勻覆蓋瓦塊表面，噴涂完成后靜置20～30分鐘。

（5）人工檢查，當(dāng)軸承瓦塊巴氏合金結(jié)合面發(fā)現(xiàn)紅色剝離痕跡時(shí)，表明瓦塊存在缺陷需進(jìn)行更換（圖 3）。

圖 3 存在巴氏合金剝離的可傾瓦塊

2.3  瓦塊刮傷與磨損檢查

在可傾瓦軸承工作過程中，會(huì)有許多固體小顆粒混入潤(rùn)滑液與軸承一起工作，此時(shí)就會(huì)在軸承表面出現(xiàn)線狀刮痕（圖 4）。如果顆粒較硬，尺寸比較大，就容易進(jìn)入瓦塊摩擦面，甚至直接嵌入瓦塊表面的巴氏合金中，在顆粒脫落的時(shí)候也會(huì)造成二次刮傷。當(dāng)接觸應(yīng)力比較小時(shí)，這種刮傷使得軸承的摩擦副變得粗糙，軸承內(nèi)油膜的承載能力也會(huì)受損，進(jìn)而又會(huì)加劇摩擦，形成新的刮傷。當(dāng)接觸應(yīng)力比較大時(shí)，甚至?xí)�造成軸頸和瓦塊磨損，使尺寸形狀發(fā)生變化，配合精度降低，嚴(yán)重降低軸承的整體性能。

圖 4 存在線狀劃痕的可傾瓦塊

離心式壓縮機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)過濾分離裝置能有效避免大顆粒固體雜質(zhì)進(jìn)入軸瓦摩擦面，造成巴氏合金鑄層損傷的風(fēng)險(xiǎn)主要來自日常檢修過程中的人員誤操作，包括軸承搬運(yùn)過程中的磕碰、拆卸振動(dòng)探頭時(shí)的劃傷及作業(yè)過程中固體雜質(zhì)的殘留等。故在壓縮機(jī)維檢修過程中應(yīng)規(guī)范操作，并在檢維修結(jié)束后，應(yīng)保證不小于2小時(shí)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)自循環(huán)，以對(duì)潤(rùn)滑油管路、軸承進(jìn)行充分的沖洗清潔。當(dāng)瓦塊摩擦損傷嚴(yán)重時(shí)應(yīng)更換或?qū)�軸承總成進(jìn)行更換。

2.4  瓦塊積碳清潔

例行維護(hù)保養(yǎng)時(shí)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)瓦塊上出現(xiàn)輕微積碳現(xiàn)象（圖 5）。可傾瓦設(shè)計(jì)間隙小，在摩擦副中潤(rùn)滑油流量偏小，潤(rùn)滑油帶走的摩擦熱較少，使得軸承溫度偏高，容易造成軸承瓦塊積碳。積碳是因高溫導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì)所產(chǎn)生的，通常為黃褐色，情況嚴(yán)重時(shí)為黑色。積碳會(huì)進(jìn)一步惡化潤(rùn)滑油油流，導(dǎo)致散熱能力進(jìn)一步降低，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)�發(fā)生“燒瓦”現(xiàn)象[2]。

圖 5 徑向軸承瓦塊及止推軸承瓦塊的積碳

通常采用1000目砂紙蘸取潤(rùn)滑油后研磨去除，積碳清除后應(yīng)仔細(xì)觀察積碳覆蓋處的瓦塊表面是否存在點(diǎn)蝕、燒蝕或合金剝離的現(xiàn)象，必要時(shí)更換瓦塊或軸承總成。軸承瓦塊積碳可采取的預(yù)防措施如下。

（1）定期抽樣檢測(cè)潤(rùn)滑油，確保潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)黏度、酸值、水分及固體顆粒物含量在正常范圍內(nèi)。

（2）離心機(jī)組負(fù)荷調(diào)整操作應(yīng)緩慢平穩(wěn)，并減少長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)行工況。

（3）有效監(jiān)控、調(diào)節(jié)潤(rùn)滑油油壓、油溫，確保軸承摩擦面的油膜剛度。

（4）必要時(shí)對(duì)軸瓦、控油環(huán)、供油通道進(jìn)行技術(shù)改造，進(jìn)一步提升潤(rùn)滑油通過量及散熱效率。

3  結(jié)論

可傾瓦軸承完好性直接決定著壓縮機(jī)組的運(yùn)行可靠性與工作效率。針對(duì)日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)的軸承間隙超標(biāo)、巴氏合金層剝離、瓦塊刮傷及積碳的情況，在解決表象故障的同時(shí)需進(jìn)一步分析導(dǎo)致故障發(fā)生的系統(tǒng)性原因。包括但不限于潤(rùn)滑油是否滿足使用要求、軸承安裝是否規(guī)范、壓縮機(jī)組運(yùn)行工況是否滿足設(shè)計(jì)要求等。同時(shí)也可以通過優(yōu)化潤(rùn)滑油供油管路、在可傾瓦塊中加工前緣槽等技術(shù)革新，進(jìn)一步提升可傾瓦軸承的有效承載能力，從而保障壓縮機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]成海青.可傾瓦徑向軸承間隙測(cè)量[J].中國(guó)設(shè)備管理，1999 (05)：29.

[2]杜冰鋒.離心式壓縮機(jī)軸瓦積碳原因分析及解決方案[J].設(shè)備管理與維修，2019(07)：67-68.

DOI:10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2019.04.29.

作者簡(jiǎn)介，牛軍棟，1983年生，工程師，2006年畢業(yè)于河北工程大學(xué)，現(xiàn)從事長(zhǎng)輸管道機(jī)械設(shè)備管理工作。聯(lián)系方式：18561155829，jd6niu@163.com。