四合一机组止推轴承偏磨原因与检修维护

高 峰

（辽阳石化分公司尼龙运行部，辽宁辽阳 111003）

0 引言

在辽阳石化公司尼龙运行部硝酸装置区11.6 万吨/年稀硝酸装置中，四合一机组是装置的核心设备。四合一机组由汽轮机、氧化氮压缩机、减速机、轴流空气压缩机以及尾气膨胀机组成。汽轮机和氧化氮压缩机通过膜片联轴器连接在一起，额定转速为11 060 r/min；轴流空气压缩机与尾气膨胀机通过刚性联轴器连接在一起，额定转速为8350 r/min。四合一机组共有3 套止推轴承，汽轮机、氧化氮压缩机和轴流空气压缩机各有一套止推轴承。其中，轴流空气压缩机的推力轴承在长时间运行中出现主推力瓦温度偏高现象，温度最高时达到103 ℃，并出现主推力瓦块偏磨问题。针对上述问题，在检修中找出具体原因并加以解决。

1 止推轴承瓦块偏磨原因分析与检修措施

1.1 推力轴承的工作条件及特点

轴流空气压缩机额定功率为4481 kW，额定转速为8350 r/min，入口温度为15～33 ℃，入口压力为0.095 25 MPa，出口温度为210～230 ℃，出口压力为0.45 MPa，推力轴承的报警温度为105 ℃，联锁停车温度为115 ℃（联锁值为同侧二取二）。四合一机组所使用的止推轴承有两种，分别为米契尔轴承和金斯贝雷轴承。其中，汽轮机使用米契尔轴承，轴流压缩机和氧化氮压缩机使用金斯贝雷轴承。轴流压缩机的止推轴承由主、副推力瓦组成，主、副推力瓦各由10 块扇形瓦块组成，碳钢瓦块表面浇铸有巴氏合金。金斯贝雷轴承和米契尔轴承的共同点是推力瓦块都是活动多块式；不同点是米契尔轴承为单层排列，金斯贝雷轴承采用多层排列，使载荷分布更均匀、调节更灵活，可以更有效地补偿转子运行时产生的不对中与偏斜。

1.2 基本结构形式

汽轮机所使用的米契尔轴承基本结构如图1a）所示，主要由轴承体、推力瓦块、定位块、定位销、调整垫圈等组成。推力瓦块用刃口与轴承体的环形平面接触，当推力瓦块承受推力时可以自动调整位置，以形成有利的油楔。

轴流空气压缩机所使用的金斯贝雷轴承基本结构如图1b）所示，主要由轴承体、推力瓦块、上、下水准块、定位销、调整垫圈等组成。推力瓦块刃口与上水准块接触，上、下水准块之间用圆弧面接触，下水准块用刃口与轴承体的环形平面接触，保证推力瓦块、上、下水准块之间自由摆动，使载荷分布均匀，形成的油楔均衡、稳定。

1.3 偏磨原因分析

正常运行时，由于推力盘高速旋转，把润滑油带进瓦块和止推盘之间的间隙形成油膜，推力瓦块与止推盘之间由于油膜的存在，推力瓦块几乎没有磨损。转子的轴向力通过推力盘经过油膜传给主推力瓦块，然后通过轴承体传给轴承座，只有在启动或减负荷时，才有可能出现反向推力，此时的轴向推力由副推力瓦块来承受。

硝酸装置四合一机组在运行数个周期后，轴流空气压缩机止推轴承出现了主推力瓦偏磨、瓦温偏高的现象，虽然在几次检修中更换了新的瓦块，但在运行一段时间后偏磨现象仍然存在。针对这一问题，在2009 年6 月硝酸装置的窗口检修中，对轴流压缩机止推轴承进行了解体检查。解体后发现，轴流压缩机推力轴承的推力瓦块与上水准块刃口接触位置减薄0.05～0.13 mm，上、下水准块刃口均减薄0.04～0.10 mm，上、下水准块相接触的圆弧面减薄0.06～0.10 mm，轴承体与下水准块接触位置减薄0.05～0.11 mm，同时，推力瓦块、上、下水准块的定位销以及销孔也有不同程度的磨损。

米契尔轴承和金斯贝雷轴承能够自由活动，是因为在它们的推力瓦块下有一个支点。对于米契尔轴承，这个支点是推力瓦块刃口（图1c））；对于金斯贝雷轴承，支点是上、下水准块刃口（图1d））。通常情况下，轴承支点一般偏离推力瓦块中心3～5 mm，推力瓦块可以绕支点自由摆动，在推力瓦块中心处有一个间隙配合的定位销，推力瓦块摆动的幅度受定位销制约。当推力瓦块在轴向力长期作用下，由于支点和上、下水准块的圆弧面处的磨损加剧，改变了瓦块的位置，使推力瓦块与推力盘产生偏接触，造成推力瓦块与止推盘间的油膜稳定性下降，油膜产生失稳、振荡，进入推力瓦块与止推盘间隙中的油量减少，瓦块温度上升。由于推力瓦块与推力盘偏接触，瓦块边缘压力过大，磨损加剧，从而造成推力瓦块偏磨。

1.4 检修措施

针对上述原因，如果在检修时只采取更换推力瓦块的方式，不能从根本上解决推力瓦块的偏磨问题。所以，在轴流空气压缩机检修时，采取了更换新止推轴承的方案。在安装新轴承前，首先对新轴承进行了解体检查，测量新轴承的各部位尺寸，并与旧轴承相应部位尺寸进行对比，将新轴承的总体装配尺寸调整到同旧轴承总体尺寸相同。新轴承安装在轴承座上时，要保证止推间隙在规定范围内，氧化氮压缩机和轴流压缩机的止推间隙设计值均为0.40～0.50 mm。如果止推间隙超差，轻者会改变流道位置，使压缩机运行时气体流动发生变化，影响压缩机的效率；重者会使压缩机动、静部件发生擦碰，造成严重事故。

在检查新轴承时，对推力瓦块的检查非常重要。新轴承一定要有出厂检验合格证，最好能确认推力瓦块是否进行超声波探伤，以确保新瓦块无气孔、裂纹、起层、脱皮等质量缺陷。检查新瓦块的大小要同旧瓦块基本相同，瓦块太小形成的油楔小，使轴承所能承受的轴向力变小；瓦块太大会使润滑油的回油量减少，使瓦温升高。还要检查推力瓦块的厚度，所有瓦块的厚度偏差应在0.02 mm 以内，如有瓦块超差，需要修研到规定的公差范围内。瓦块表面巴氏合金的厚度通常在1.5 mm 左右，厚度必须小于压缩机动、静部分间的最小间隙。

检查完瓦块后，要对止推轴承进行预装。先将压缩机两侧的径向轴承安装好，使压缩机转子在径向上定位。然后在主、副推力瓦块的表面和推力盘两侧面涂上红丹粉，将转子分别拨到主推力瓦和副推力瓦侧手动盘车，检查推力瓦块的接触面积是否达到80%，若达不到，就需要对瓦块进行研磨，使之达到规定的接触面积。

在检修过程中，应采用千分表测量止推间隙，测量时先将千分表架固定在轴承座上，把千分表的指针指向推力盘工作面上，先将转子推向一侧的极限位置，然后将转子推向另一侧的极限位置，记录千分表读数的差值，这个差值就是转子的轴向工作窜量，即止推间隙。如果止推间隙尺寸不符合要求，可以通过调整轴承两侧调整垫圈内垫片的厚度来获得所需要的间隙值。在对轴流压缩机的检修中，主要在主推力瓦侧进行了垫片的调整，增加了0.20 mm 的垫片，使止推间隙符合检修规定。轴流压缩机通过此次检修后，经过一段时间的运行，推力轴承的工作状况良好。主推力瓦的温度为77～83 ℃，压缩机的各项参数正常，运行稳定，主推力瓦温度偏高的问题得到有效解决。

2 日常维护

润滑油系统的日常维护对机组的稳定运行非常重要。首先要保证机组的主油箱内润滑油量充足，油箱的液位计和低液位报警开关处于完好状态，油箱电加热器需要定期维护，保证其随时可以投入使用。板式油冷器应定期检修，对板式换热片进行油垢和水垢处理，使油冷器处良好的工作状态。要保证机组主油泵工作平稳，出口压力和流量正常，副油泵处于备用状态，使两台泵可以随时切换。机组正常运行时，备用油泵的启动开关应打在自启位置，当主油泵出现故障时备用油泵能自行启动，从而保证机组润滑油供应充足。机组油过滤器的维护也很重要，油过滤器上的表压读数达到1.5 MPa 时，说明过滤器的滤芯堵塞严重，这时必须切换备用过滤器。如果不及时切换过滤器，会使过滤器滤芯在较大压强的作用下发生变形、抽瘪，甚至破裂损坏，使灰尘、金属碎屑等杂质进入油系统中，污染润滑油，造成机组转子轴颈和轴瓦表面损伤，影响机组平稳运行。停用的过滤器经过排油处理后，应更换新的滤芯备用。

机组润滑油温度要求控制在35～45 ℃。在实际运行中，润滑油温度控制在38～41 ℃时，机组的运行更加稳定，在日常操作时要尽量将油温控制在上述范围内。油温过高或过低，都会使机组轴瓦的振值上升，不能平稳运行。机组的润滑油要定期检验油质，检验水分和酸值的含量，还要定期使用滤油机对润滑油进行油水分离，去除润滑油中的水分。在日常操作中，应严格监控机组的轴瓦温度、润滑油温度、轴向位移、径向位移等参数，加强现场巡检，保证油系统平稳运行，及时将各参数调整到最佳范围内，并认真地如实记录各项参数，为以后的检修提供可靠依据。

3 结束语

通过对轴流压缩机止推轴承的检修积累总结工作经验。轴流压缩机由于长周期运行，主推力轴瓦长期承受轴向力，关键部件出现疲劳磨损，使瓦块与推力盘偏接触，最终造成瓦块偏磨。对于设备关键部件的检修，应当根据设备运行的时间及运行状况确定，如果该部件在运行中长期承受较大负荷，那么在检修中就应考虑整体更换，而不应只更换其中部分磨损或损坏的零件。当设备在运转中出现问题，在解决问题时不能只注意表面的现象，而应细致认真地探究其深层次的原因，彻底解决问题并消除隐患，精心地维护、检修和操作设备，才能够保证设备的安稳运行。