K-101B压缩机电机轴瓦故障分析

王海强，武志国

（中国石油化工股份有限公司济南分公司，山东济南 250101）

0 引言

中石化济南分公司160万t柴油加氢精制装置新氢压缩机K-101/A、B，型号：DW-22.8/（18-92）-X，生产厂家：无锡压缩机股份有限公司。配用电机为TAW1800-20/2600增安型无刷励磁同步电机，额定功率1800 kW，额定电压6 kV。2台往复机的作用是将1.7 MPa氢气增压至8 MPa后进入反应器参与油气反应，是装置正常运行的关键所在。装置2011年投产后，2台机组一直安全平稳运行，2016年4月K-101B出现一次电机轴瓦磨损的故障。调取DCS（Distributed Control System，集散式控制系统）曲线（图1）发现轴瓦温度10 min内，从60℃直线上升，最高到达101℃，现场虽然紧急停机，但是轴瓦已经磨损严重（图2）。针对此种情况，进行分析和探讨，找出轴瓦温度突升的原因，为以后类似重载轴瓦的维护保养起到了一定的借鉴意义。

1 电机轴瓦温度过高原因分析

1.1 甩油环故障、润滑油偏少

该电机轴瓦润滑方式为飞溅润滑，甩油环将油箱内的润滑油带至轴颈上，当油箱内油位偏低时，甩油环带油量减少，润滑后带走的热量随之也会减少，这会直接造成轴瓦温度升高，另一方面如果甩油环不转则会导致轴与轴瓦之间没有油膜而烧毁轴瓦。拆检轴瓦时发现甩油环运行良好，油箱油位也适中，排除了这一故障原因。

1.2 设计原因

图1 电机联轴器端轴瓦温度TI16106B趋势图

电机轴瓦采用的是对开式动压轴承。动压轴承工作原理是利用轴本身的轴颈把轴承中的润滑油从间隙大处流向间隙小处，形成一个楔形的油楔，同时产生油压，将轴颈上的载荷加以平衡，使轴颈与轴承内壁分开而形成油膜，轴与轴承处于液体摩擦状态。以减少摩擦与磨损，使轴转动轻巧灵活。

图2 磨损的轴瓦

（1）机组电机参数及相关数据。型号TAW1800-20/2600，额定功率 1800 kW，电压 6 kV，电流 202 A，转速 300 r／min，转子重量10 t，轴颈Φ300 mm，轴承宽度255 mm。

（2）验算轴承润滑方法的选择是否正确见式（1）和式（2）。

式中K——滑动轴承润滑方式选择值

P——轴承比压，MPa

F——作用在轴承上的径向载荷，N

D——轴颈直径，mm

B——轴承宽度，mm

v——圆周速度，m/s

根据相关资料，电机转子总重量为10 t，由于转子重量用两个轴承支撑，每个轴承上的载荷为5000 kg。查阅机组随机资料，电机转子总重量为10 t，转子采用双支撑方式，故每个轴瓦上的载荷为5000 kg。F=49 000 N，已知，D=335 mm，B=255 mm，带入式（1）和（2）后得 K=9.14。K＜30时，滑动轴承的润滑方式可以选用飞溅润滑，说明轴瓦的润滑方式没有问题。

（3）校核轴瓦比压P，v及Pv值。

①核算轴承比压P。为了防止在载荷作用下润滑油被完全挤出，从而导致过度的磨损，所以应验算轴承的比压P。为确保润滑油在该电机转子载荷下，能形成良好的油膜，需要首先核实该轴瓦的比压P。

轴瓦的材料为锡锑轴承合金，ZCHSnSbl1-6，根据机械设计手册，查得许用比压[P]=25 MPa，[v]=80 m/s，[Pv]=20 MPa·m/s。将有关数据代入公式（3），得。因为P≤[P]，故轴承比压符合要求。

②验算转子圆周速度。

式中v——圆周速度，m/s

d——轴径，mm

③验算轴承 Pv值。Pv=0.574×5.26=3.02 MPa·m/s，因为 P≤[P]，由此可得，轴承在运转中不会产生超强的摩擦热。

1.3 电机制造缺陷

在更换电机轴瓦时，测量轴颈没有发现较大偏差，安装轴瓦处轴颈圆柱度、椭圆度都符合标准要求。

1.4 轴瓦原安装及结构缺陷

此机组从2011年开工到电机轴瓦磨损，累计运行4年有余，说明安装方面和轴瓦的结构方面也没有大问题。

1.5 更换新轴瓦后运行状态

现场通过更换新的轴瓦反复刮研后，最终顶间隙0.41 mm，侧间隙0.17 mm，间隙数据均符合要求。单试电机3 h后，现场监测发现轴瓦温度基本稳定在55℃，现场用点温计测电机轴温＞85℃，并且还有上升趋势。确定故障原因为电机轴温升高在前，轴瓦温度升高在后。这样热量通过电机轴传导给润滑油，使得润滑油的温度逐渐升高，黏度降低，影响了油膜的形成，导致轴瓦磨损（润滑油的热量在轴承箱内快速聚集，润滑油热量无法及时散出，随着温度逐渐升高，润滑油黏度下降，轴瓦与电机轴之间的油膜无法良好形成，温度继续升高，油膜失效，轴瓦磨损）。

2 结论

通过以上分析，分别从润滑油油位、轴瓦本身的设计、润滑方式、安装结构方面、电机转子本身轴颈以及更换轴瓦以后的运行情况一一分析，查找轴瓦温度升高的原因。最终找到了原因就是电机轴传导的热量导致轴瓦温度突升。电机轴伸入电机本体的部位有一阻挡灰尘进入的环形毛毡部件（图3），随着运行周期增长，该部件逐渐老化发硬，造成电机轴摩擦力增大，温升增大，传至轴瓦轴颈处后，使轴瓦润滑油温度逐渐升高，黏度降低，影响油膜的形成，当温度达到某临界值时，油膜承压能力低于轴颈压力，使轴瓦与轴处在半液体摩擦状态，短时间内轴承温度急剧升高，最终导致轴瓦烧损。

3 启示

此次故障的发生提醒日常巡检不但要注意轴瓦本身的问题，同时还要防范外来因素对轴瓦的影响，譬如温度，此故障以后，制定相应的措施，格外注重电机两端轴温的监测，定期浇注适量润滑油，降低电机轴的摩擦系数。

图3 电机轴瓦座与电机机壳局部

查看近年来相关技术论文发现类似电机轴瓦温度升高引起的故障也存在不少，大部分都是通过改用强制润滑的方式来解决，这样即使电机轴温比较高对轴瓦的影响也不会到达损坏的程度。但是另一方面需要增加润滑油管线和一台油泵，比较繁琐。根据现场实际情况，找出了电机轴瓦故障根本原因，通过定时浇注润滑油的办法比较容易实现电机轴瓦的稳定运行。最终轴瓦温度夏天稳定在57℃。现已稳定运行至今。