浅谈合成气压缩机推力轴承温度高原因及改善对策

张博强，董元亮，赵晓阳，孙德超，栾朔

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

1 案例故障情况介绍

某煤化工企业甲醇合成单元，合成气压缩机为垂直剖分机型2BCL456，由汽轮机驱动，工作转速为9700r/min。机组满负荷运行时，推力轴承温度达到110℃，短暂检修期间将轴承区拆检。发现推力轴承为金斯伯雷止推轴承，主推力6 块瓦面均存在严重积碳现象。用1000#细砂纸打磨后，露出巴氏合金层，经检查无损伤痕迹。检查瓦块厚度，偏差在0.01mm 以内。复测推力间隙0.28mm。

回装轴承后，机组投产运行，历时3 个月，推力瓦温从95℃上升至108℃。之后合成车间利用停产大修机会，对机组进行了全方位检查。主推力轴承积碳严重，清理后发现巴氏合金面点蚀，巴氏合金边缘有轻微脱胎现象。机组抽芯打开隔板束后检查了各个口圈密封、级间密封的间隙值以及平衡盘密封的间隙值。发现只有平衡盘密封间隙超差，比设计数据的上限值大了0.15mm。

2 故障原因分析

2.1 推力间隙小

虽然推力间隙在设计范围内，但是靠近下限值，如果将推力间隙放大至上限值附近，对推力瓦温的降低会有一定帮助。

2.2 润滑油接近变质

随着机组长期运行，润滑油的指标需要每3 个月取样分析检验。如对比近两次的分析结果，发现黏度、水分等指标略有变化，就需要警惕润滑油可能正在乳化变质。在轴瓦间隙较大的地方，瓦温上升并不明显，但间隙较小的地方，瓦温上升趋势会比较明显，因为更小的间隙意味着更薄的油膜，也就意味着更多的摩擦产生的热量无法被带走，抗氧化性能变差的润滑油在高温下容易析出一种类似于漆膜的胶着物质附着在瓦面，长此以往，会加剧轴承温度的上升，瓦温越是升高，瓦面的积碳现象也随之加重，从而形成恶性循环。

2.3 推力盘的光洁度被破坏

随着机组长期运行，已经不再是设备刚出厂时的状态了。经历了施工期间的油循环及多次拆检回装，难以保证没有硬质颗粒残留。启动及停机过程中推力盘与瓦面之间的油膜刚性不强，推力盘很容易被刮伤，从而破坏表面的光洁度。瓦面与推力盘的接触面积也是一个很重要的因素，使瓦面的接触面积达到80%左右，会对轴承的运行温度起到很好的控制。

2.4 推力轴承的供油量不够，回油不够通畅

较小的供油量无法满足轴承润滑要求，不通畅的回油无法良好地带走轴承的热量，这也会引起轴承温度过高。例如甩油环的安装方向如果错了，那么推力盘与推力轴瓦之间的润滑油就不会随着推力盘的旋转从甩油环的出油孔顺利排出。这也是导致推力瓦温度高的一个常见原因。

2.5 轴向力过大，导致主推瓦温度高

这也是最重要的一个因素。影响机组轴向力的原因有以下几方面。

（1）合成气压缩机的介质组分比例不稳定，或者合成催化剂失效。以上两种原因都会使压缩机的流量及排气压力产生变化，轴向力也会随着工况的变化而变化。如果压缩机流量经常波动，出口压力过高，甚至多次发生喘振，瞬间的轴向力变化会影响瓦块表面合金的强度。久而久之，瓦面合金层变薄，温度升高，龟裂脱落，造成推力盘加工面损伤，形成烧瓦事故。

（2）口圈密封的间隙值过大。从叶轮甩出经扩压器增压后的气体从口圈密封流回本级叶轮入口，轮盖侧受的压力变小，导致轴向力变大。

（3）平衡盘密封间隙变大。被平衡盘及密封隔离开的高低压腔体压差变小，平衡盘平衡轴向力的效果变差，此时主推力轴承就会承担更多的轴向力，主推力瓦温就会上升。

（4）平衡气管过细或堵塞。通过平衡盘密封泄漏到低压腔的高压气体无法顺畅抵达压缩机入口，平衡盘两侧压差变小，轴向力变大。

（5）平衡盘尺寸设计的不合适。平衡盘的大小直接影响着平衡轴向力的多少，公式计算可以抵消的轴向力与实际值存在偏差，如果误差过大，推力轴承承载的轴向力就会有很大偏差，相应的，推力轴瓦温度也会升高。

（6）停机方法不当。如果一台机组每次都是以紧急拍停的方式停机，而不是将载荷卸掉，缓慢降速停机，那么停机瞬间的背压过高，轴向力会瞬间变大，这样的突变载荷对推力轴承与推力盘都是很大的损害。久而久之，问题显现出来，轴承寿命缩短，运行温度偏高。

（7）机组定位时轴头距或联轴器法兰面距离预留不准。定位上述尺寸时，如果联轴器预拉伸量预留过小，热态转子轴向膨胀后，联轴器会被压缩，转子会受到一个反作用力，如果这个力与轴向力同向，此时，压缩机轴向力会叠加变大，推力轴承温度也会升高。

3 改善措施

3.1 配磨推力轴承调整垫

将推力间隙放大到靠近设计上限值。单位时间通过瓦面的润滑油量变大，油膜更厚，带走的热量更多，这对降低轴承温度有一定帮助。案例中的机组在更换新瓦块后进行了推力间隙的检测，并通过配磨推力调整垫将推力间隙放大至0.31mm，接近上限0.35mm。

3.2 润滑油品质检测的时间间隔适当缩短，并统一留底对比

争取从细节处归纳总结出油品的持续变化情况。严格把控油品这道关，必要时可以在停产大修的时候更换润滑油。

3.3 轴承区拆解检查时，注意查看推力盘光洁度

推力盘是否存在凹凸点，如果存在问题，一定要找压缩机制造厂家维修或定制新的推力盘更换，不可以自行加工。案例机组的推力盘有0.02mm 深、1mm 宽的环状痕迹。为了消除隐患，大修期间，用户将转子返厂更换了新的推力盘并经行了高速动平衡。

3.4 轴承区供油压力调整到合适范围

压缩机制造厂给的设计范围是0.03～0.13MPa（G），可以将供油压力调整至0.10MPa（G），看效果适当增加 至0.13MPa（G），这样做是为了让润滑油尽可能多的将轴承热量带走。由于推力轴承区分主、副两个轴承，所以需要的润滑油量比较大。具体压力可以结合着轴承区排烟情况和瓦温综合调整。

3.5 将推力盘外缘的甩油环出油孔直径放大

此举为了增大推力轴承区润滑油的排出量，将轴承的热量更多地带走。需要注意的是，扩孔后的直径不宜过大，最好与压缩机制造厂沟通后确定扩孔直径，以防排油量过大导致进油压力降低，更有甚者会导致回油管油量过满，反而回油不畅。

3.6 更换各级密封

更换各级叶轮的口圈密封、级间密封、平衡盘密封，将间隙配磨至设计范围内，尽量靠近下限值。适当的间隙能够控制气体泄漏量，从而建立良好的轴向力平衡机制。

3.7 检查平衡管是否堵塞

疏通清理平衡管以确保良好的通流直径。也可请压缩机制造厂给出一个直径更大的平衡气管选型。以避免高压气体无法顺畅返回入口低压侧。

3.8 更换大直径平衡盘

为了更多地平衡轴向力，请压缩机制造厂根据投产运行的轴系、气路画面重新核算实际轴向力，对比平衡盘的平衡能力，找到设计与实际的差距，必要时对平衡盘直径的计算加以适当的修正系数，有机组在实际应用中平衡盘直径加大了12mm，转子轴向力降低了40%。

3.9 调整联轴器预拉伸量

综合考虑转定子膨胀量，尽可能准确地定位联轴器的预拉伸量，以避免热态下联轴器对转子的轴向反作用力。

3.10 更换推力轴瓦为强制供油瓦块

强制供油瓦块相比普通瓦块，对轴承的润滑效果及瓦面的降温效果都有很大的提高，由于进油侧供油槽的存在，保证了每个瓦块都能拥有足够的润滑油附着。还可以在瓦胎的材质上做文章，改用更加不易升温或者更容易散热的合金材料制作瓦胎。

4 改善效果及总结

依照以上改善办法，案例中的合成气压缩机更换了推力盘，甩油环出油孔由φ13 改为了φ16，平衡盘及相应隔板、密封都进行了重新计算与更换。回装后发现，之前的联轴器安装没有考虑预拉伸量。于是，又将联轴器中间节的调整垫片卸下5 片，调整至预拉伸2.0mm 的状态，再次运行，推力轴承温度终于稳定在了86℃。

其实，设备运转情况是否良好，除了与设备加工制造的质量有关，更与用户的使用维护息息相关。负荷的加载与卸载是否平稳，介质混合组分的比例是否稳定，检修时对细节的把控是否到位、全面等。这些都是影响推力轴承工作状态的因素，由此可见，分析一台合成气压缩机推力轴承温度高的问题，需要综合考虑多方面原因，逐项排除逐项完善，才能最终改善温度偏高的情况。