输油泵电机轴瓦夏季温度偏高原因分析及对策

摘要：主要分析了哈密区域3个输油站电机每年6月至9月运行时轴瓦温度异常状况，通过对电机轴瓦温度影响因素进行全面归纳总结，得出导致电机轴瓦夏季温度偏高的主要原因，并提出可行的改进建议和措施，以此指导输油泵电机开展预防性检维修工作，防止电机因温度影响出现计划外停机故障，保障输油站场生产平稳高效进行。

关键词：轴瓦；润滑油粘度；光洁度；热平衡

中图分类号：TH17    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）12-0027-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.008

0    引言

输油泵机组作为液体管道的核心设备，其安全可靠运行对整个管输系统的高效、平稳运行影响至深。机组安装于敞开式泵棚区中，长期工作在风沙多、温差大的室外自然环境中，设备的各类部件出现故障的概率较大，频繁故障停机会对整个系统造成严重影响，本文主要统计分析从2020年至2022年哈密区域3个输油站（四堡输油站、翠岭输油站和河西输油站）输油泵配套电机每年6月至9月运行时轴瓦温度异常趋于报警值的异常状况。

为把电机轴瓦温度异常故障减到最少，需对电机轴瓦温度影响因素进行全面归纳总结，从而得出导致电机轴瓦夏季温度偏高的主要原因，并提出可行的改进建议和措施，以此指导输油泵电机开展预防性检维修工作，防止电机因温度影响出现计划外停机故障，保障输油站场生产平稳高效进行。

1    双兰线哈密段电机分布记录

在双兰线哈密段站场，输油泵机组采用“泵+西门子/ABB电机”方式，西门子电机和ABB电机具有相似的结构特点，均为鼠笼式三相感应异步电机，双兰线哈密段3个输油站共计27台主泵电机，分布统计如图1所示，其中西门子定速电机25台、ABB调速电机2台（四堡站成品油B-C05403/B-C05404泵配套使用），在本文中提取3个输油站27台输油泵电机运维数据作为研究对象。

2    电机轴瓦结构特点及发热原理

西门子电机轴瓦结构方式为水平中开式自润滑轴瓦，是轴系安装定位的关键部件。在停机状态时，电机轴颈位于轴瓦内表面的下部，与轴瓦处于边界润滑摩擦状态。当电机转动时，润滑油由于黏性而附着在轴颈表面，被卷入轴颈与轴瓦的楔形间隙之中产生油压，油隙渐窄的部位油压较大，通过油压将轴颈托起，使其在油膜[1]上悬浮旋转，油膜形成动态过程如图2所示。油膜起到减振、润滑、冷却的效果，因此，为提高电机传动效率，要求轴承与轴颈间必须形成良好的油膜，防止轴系表面“接触”导致轴瓦异常温升。

3    轴瓦温升要因确认

维修人员从造成滑动轴承异常温升要素入手，排查装配尺寸、配合间隙、表面粗糙度、光洁度、润滑油粘度、振动值、热平衡，找出轴瓦夏季温度主要影响因素，进而制定应对措施，以确保电机安全平稳运行。

3.1    装配尺寸

2022年8月至9月，对27台输油泵电机进行专项排查，测量电机轴瓦安装位置处轴径110 mm，经现场实际测量配合尺寸：

1）顶间隙范围为0.16～0.22 mm，侧间隙范围为0.10～0.22 mm；轴瓦接触角范围在60°～85°，接触面位于下轴瓦中部，无连片亮点，接触点为（2点～4点）/cm2；

2）轴窜量小于0.10 mm、轴颈处圆周跳动小于0.01 mm；

3）靠背轮间距与联轴节长度偏差小于0.10 mm。

以上尺寸实测数值符合110 mm轴径在滑动轴承间隙、窜量、跳动（API标准）及同轴度要求[2]范围内，装配尺寸不是导致轴瓦温度异常上升的要因。

3.2    光洁度

在故障排查和专项检查过程中，现场拆解电机轴承箱、轴瓦及其附件，轴承箱内部表面附着深色油渍（输油泵电机润滑油未开展废油检测，变色、变质原因未知），轴瓦、轴颈表面在对应圆周方向有不同程度的摩擦痕迹，如图3所示，可能为润滑油污染，油品存放不当、密封不严致使空气中飘浮的细微尘土颗粒混入润滑油，破坏电机轴瓦、轴颈表面光洁度[3]，影响轴瓦接触精度。

轴瓦发热量主要是由轴瓦与转子轴颈的摩擦引起的轴功率损失形成，由轴功率损失公式Nr=10.5×10-4×n×M，M=0.5 μPd（式中：n为电机转速；μ为轴瓦摩擦系数，取值0.01～0.2；P为轴承负荷；d为轴承内径）可以看出，轴功率损失与轴承负载、摩擦系数成正比。在额定负载范围内，轴瓦、轴颈光洁度降低，轴瓦发热量增多，温度上升后油膜厚度[4]减小，进入轴瓦发热、油膜厚度（强度）降低、继续发热的恶性循环。因此，光洁度是导致轴瓦温度异常上升的要因。

3.3    润滑油粘度

电机夏季使用润滑油为美孚抗磨液压油DTE22（等同于ISO VG22），其40 ℃时运动粘度为21 cSt，100 ℃时运动粘度为4.5 cSt。通过运动粘度计算器得出：电机平稳运行时轴瓦平均温度80 ℃，此时VG22运动粘度为6.71 cSt；夏季高温时段，电机平稳运行时轴瓦温度93 ℃，此时VG22运动粘度为5.12 cSt。两项数值大于100 ℃时润滑油运动粘度，满足使用要求。

在日常检维修过程中，作业人员按照检修规程要求定期开展润滑油更换（检维修手册要求更换周期为8 000 h，实际更换周期为2 000 h），且液位保持在1/2处，润滑油粘度不是导致轴瓦温度异常上升的要因。

3.4    振动值

从机泵远程监控系统查询电机振动值（振动烈度，mm/s）采集数据，27台输油泵电机振動值在0.5～2.0 mm/s，根据振动烈度评价标准[5]，输油泵电机属于第四类安装在刚性基础上的辅助机械，测量振动值分布在A区，评价为优秀；振动值不是导致轴瓦温度异常上升的要因。

3.5    热平衡

从电机产生热量、散热方面分析，根据能量守恒定律公式：

式中：Q1为轴系单位时间内产生的热量；Q2为轴承箱单位时间向空气中热辐射的散热量；W为空气质量流量，W=ρV/t，ρ为空气密度（1.1～1.4 kg/m3），V为换热空气体积，1/t为常数1.29；C为空气等压比热容，C=1.004 kJ/（kg·K）；ΔT为温差值，ΔT=T2-T1，T2为润滑油温度（即轴瓦温度），T1为环境温度。

得出：

不考虑电机其他形式的热辐射，从式（2）分析，热量辐射差ΔQ分为以下3种情况：

1）ΔQ＜0，即Q1＜Q2，电机从静止状态到运行平稳前，轴系产生热量通过热辐射传导至轴系部件、润滑油，使轴系部件、润滑油温度上升，少量热量通过轴承箱散热传导至外部空气中；

2）ΔQ=0，即Q1=Q2=1.29ρV（T2-T1），电机达成平稳运行状态，轴系产生的热量与轴承箱散热量相等，查询文献[5]：润滑油温度为75 ℃时润滑油性能到达最优状态；

3）ΔQ＞0，即Q1＞Q2，轴系产生的热量大于轴承箱散热量，随环境温度升高，温差ΔT减小、空气密度减小，轴承箱散热量（Q2）降低，经轴承箱散热后剩余热量残留在轴承箱内部，使润滑油温度（T2）持续升高，T2＞75 ℃直至在高温点重新达成热平衡状态。

输油泵电机安装于室外敞开式泵棚区内，电机平稳运行时润滑油温度为80 ℃。电机夏季室外最高温度达到50 ℃，润滑油温度最高为93 ℃。符合上述情况3）内容，热平衡是导致润滑油温度异常上升的要因。

4    处理对策

通过以上分析，清洁度和热量为导致电机轴承箱温度异常上升的主要原因，针对这两个要因，采取以下措施可有效降低轴瓦运行温度。

4.1    按照“五定管理” “三级过滤”的要求提升润滑油管理水平

将润滑油计量器具、油壶等工器具分类管理，严禁不同牌号润滑油混用，做好工器具防尘措施，从源头降低润滑油污染概率，确保清洁度。在轴承箱开盖检查过程中，对轴承箱注油口、呼吸阀、内部各部件表面使用胶泥粘粘、润滑油冲洗、接触面抛光等方法清洁处理，避免浮尘等杂质落入轴承箱，导致轴瓦、轴颈接触面在运行过程中“磨砂式微切割”，保护轴系表面光洁度，防止轴瓦温升。目前，输油站场轴承箱润滑油未定期送检，在检修时排放出的润滑油集中处理，维修人员在检修报告中描述润滑油颜色、有无杂质等外观检查，无润滑油化验结果，润滑油粘温特性、酸度、含水量、杂质类型、颗粒度等无有效证明数据，建议公司按照压缩机润滑油管理制度执行定期送检，提升润滑油管理质量。

4.2    改善自散热轴承箱换热效率

通过式（2）分析，在同一工况条件下，要将润滑油温度调整下降到75 ℃最优状态，需提高换热空气体积V、增大温差ΔT值，在环境温度不可改变的情况下，增加轴承箱外部通风量、降低温度，提高换热效率，降低轴承箱轴瓦温度。在夏季高温时段进行试验：当环境温度38 ℃时，四堡站原油4#泵电机轴瓦运行温度接近93 ℃，通过外部架设轴流风机，对电机轴承箱外壳进行强制通风，如图4所示，电机轴瓦温度下降3～5 ℃，散热效果明显。建议开展电机轴承箱冷却系统改造试验，提高电机轴承箱换热效率，降低电机轴瓦在高温时段运行时的温度，保证关键设备可靠性。

4.3    消除环境温度对轴对中数据的影响

输油站场电机轴材料S355J2G2+N（ST 52.3N）等同于国标Q345D材质（表面热处理）。在不同温差范围内，轴径向膨胀量[5]：

式中：α为热膨胀系数，α=10×10-6；L为电机中心高度；ΔK为温差，ΔK=50 K。

经过计算，轴径向膨胀量最大值0.25 mm。

在检维修过程中，现场作业人员按照公司《泵机组操作维护检修规程 第1部分：卧式离心输油》要求进行对中作业，明确径向及端面偏差d：-0.05 mm≤d≤+0.05 mm。维修人员在冬防保温检修时将对中数据调整至上偏差+0.05 mm，在春季检修过程中将对中数据调整至下偏差-0.05 mm，通过主动调整电机对中数据，削减季节交替、环境温度突变对轴膨胀收缩的影响，确保对中数据在要求范围内，消除因对中偏差造成的电机轴瓦温度偏高故障。

4.4    优化运行方案

首先，针对在役液体管道输量不均衡的运行状态，管线的实际输量与设计能力有较大偏差，使生产设备、工艺运行等系统部分处于不经济的状况下运行，造成无功损耗增大、功率因数低、运行效率低等问题。其次，需要持续研究不同油品、不同输量下最合理的输送方案，合理匹配站场和设备，将电机载荷、运行效率控制在最佳工作区域内，减少能源浪费，降低运行成本，提高输油系统效率。第三，定期监测输油泵状态、能效，对低效率、高能耗输油泵机组制定大修计划，通过开盖大修提升泵运行效率，延长机泵使用时间。

5    结束语

输油主泵电机轴瓦温度夏季偏高产生的原因复杂、多样，解决有一定难度，不能采取更换轴瓦、润滑油等手段简单了事，对维检修人员的故障判断和处置能力提出了更高的要求。在故障排查过程中，维检修人员应在充分了解设备运行状况的基础上进行认真分析，从轴承装配、结构、辅助设施等多方面着手，抓住根本原因，采取有针对性的措施，解决轴瓦温度异常故障，降低故障停机率，提高机组安全运行性能，为实现公司输油泵机组无故障运行16 000 h目标打好基础。

[参考文献]

[1] 吴兆景，徐岩，李泷杲.轴瓦开槽的滑动轴承动压润滑数值分析[J].机械制造与自动化，2018，47（6）：20-24.

[2] 卧式离心输油泵机组操作维护检修规程：Q/SY XG 0098—2019[S].

[3] 秦超.表面粗糙度对滑动轴承润滑静特性影响试验研究[D].天津：河北工业大学，2017.

[4] 黄华.电机轴瓦夏季温度偏高原因分析与对策[J].湖南电力，1999（3）：26-27.

[5] Mechanical vibration of machines with operating speeds from 10 to 200 rev/s-Basis for specifying evaluation standards：ISO 2372—1974[S].

收稿日期：2023-02-15

作者簡介：鲁成云（1972—），男，甘肃永登人，工程师，研究方向：油气设备管道维抢修。