大型離心壓縮機(jī)徑向軸承的過(guò)早拉傷及防范對(duì)策

段孝忠

結(jié)合國(guó)內(nèi)近年來(lái)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制造的實(shí)踐，分析研究了化工用大型離心式壓縮機(jī)徑向滑動(dòng)軸承過(guò)早拉傷的特征以及產(chǎn)生原因和防范對(duì)策，并根據(jù)目前國(guó)內(nèi)一些使用廠家的實(shí)際情況，提出幾點(diǎn)有針對(duì)性的見(jiàn)解和建議。

大型離心式壓縮機(jī)是化工廠的心臟設(shè)備，而它的徑向滑動(dòng)軸承的過(guò)早拉傷，是壓縮機(jī)不能正常運(yùn)行的重大故障之一。由于化工廠多為一條龍生產(chǎn)，各裝置聯(lián)系緊密，由此常常導(dǎo)致不堪設(shè)想的后果。多年來(lái)，科技工作者跟蹤、探索它的根源所在，尋求防治、解決它的辦法。

軸承磨損及拉傷根據(jù)所用件運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短，可分為正常抱軸拉傷與非正常抱軸拉傷(即早期突發(fā)的過(guò)量抱軸拉傷) 。

本文主要探索后一種故障的形成特點(diǎn)、產(chǎn)生原因及防范對(duì)策。

1 　軸承過(guò)早拉傷及損壞原因

1. 1　早損軸承拉傷基本特點(diǎn)分析

在此僅舉兩例。某化肥廠一臺(tái)氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)(2005年8月投入使用)因振動(dòng)劇烈而造成被迫停機(jī)，經(jīng)檢查為軸承合金層拉傷。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況分析，受損的軸承主要為安裝(軸頸2軸承)過(guò)緊所致。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)，軸瓦的內(nèi)襯刮蹭面積達(dá)23%，拉傷深度達(dá)0.46mm。受損部位顏色烏黑，說(shuō)明潤(rùn)滑油高溫已經(jīng)變質(zhì)。另一例是，某化工公司使用的國(guó)產(chǎn)大型壓縮機(jī)(生產(chǎn)車間擴(kuò)建后用)，新機(jī)器安裝后僅用了13天就發(fā)現(xiàn)軸承處冒煙而停機(jī)，經(jīng)檢查也為軸承嚴(yán)重抱軸拉傷，經(jīng)測(cè)檢發(fā)現(xiàn)合金層拉傷劃痕深度為0.53mm。此確為該廠多年來(lái)首次遇到的重大事故，使生產(chǎn)受到嚴(yán)重?fù)p失。

1.2　材質(zhì)、機(jī)械性能難以滿足特殊的使用要求

軸承是壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)受力較大且負(fù)荷復(fù)雜多變的零件，因此從選材質(zhì)量上應(yīng)首先把關(guān)。目前，國(guó)內(nèi)化工用大型壓縮機(jī)軸承材料(合金層)多為ZCH2SnSb1126、ZCHPb1621622、ZCuPb30等。雖然這些材料強(qiáng)度尚可，但亦有一些不足之處，主要是塑性、韌性不夠高，磨合能力有所欠缺。尤其是對(duì)軸承的幾個(gè)受力關(guān)鍵處——主軸頸和軸承座結(jié)合部分(此處與其他零件接觸面及斑點(diǎn)要求極高)，稍有細(xì)微之缺陷，工作中施力較大時(shí)非常易于引發(fā)磨損及劃傷。即便是較好的軸承合金牌號(hào)，有時(shí)檢驗(yàn)后也沒(méi)有真正達(dá)到應(yīng)有的理化標(biāo)準(zhǔn)。如某廠壓縮機(jī)軸承損傷后經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其機(jī)械性能及化學(xué)成分未達(dá)到要求的指標(biāo)。

近來(lái)經(jīng)研究還發(fā)現(xiàn)，軸承材質(zhì)性能亦不是定數(shù)，其變化程度與環(huán)境穩(wěn)定性有關(guān)，因此要隨時(shí)進(jìn)行觀測(cè)及調(diào)控軸承的工作條件。此外，軸承的材質(zhì)也和相配零件的材質(zhì)有一個(gè)Z佳配比的關(guān)系。這均要由反復(fù)試驗(yàn)才能予以確定。

1. 3　工況條件較為惡劣且不夠穩(wěn)定

眾所周知，對(duì)于壓縮機(jī)軸承的早發(fā)磨損及拉傷，除自身因素外，其工作條件的多變是不容忽視的。如化工廠使用的壓縮機(jī)，對(duì)工況條件有嚴(yán)格的要求，但由于各種原因(技術(shù)的、人為的、設(shè)備的、工藝的均有)，氣體的雜質(zhì)、溫度、壓力等工藝指標(biāo)起伏波動(dòng)較大，致使轉(zhuǎn)子主軸承受的外載加重，出現(xiàn)早期損壞。整個(gè)工藝系統(tǒng)的環(huán)境條件(如潤(rùn)滑油、冷卻水、原料氣等方面)優(yōu)劣，亦決定著所使用機(jī)器或零部件正常工作周期的長(zhǎng)短。

1. 4　設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)欠妥

制造及安裝精度不夠高壓縮機(jī)軸承正常運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)即損傷，說(shuō)明此處存在重大問(wèn)題。根據(jù)對(duì)某廠因故停機(jī)的壓縮機(jī)各零件分析，發(fā)現(xiàn)其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在某些方面不夠合理。例如，機(jī)器軸承潤(rùn)滑油源至某主潤(rùn)滑處距離較遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響潤(rùn)滑效果。應(yīng)將軸承的潤(rùn)滑系統(tǒng)、油路結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)得更趨合理與科學(xué)，以保證軸承受力Z復(fù)雜的局部區(qū)域具有良好的液體摩擦境況。此外，壓縮機(jī)制造、安裝精度不夠高也是事故早發(fā)的原因。離心式壓縮機(jī)屬于化工廠裝置中精密機(jī)器范疇，無(wú)論是設(shè)計(jì)、制造還是安裝定位，每一環(huán)節(jié)都有相當(dāng)嚴(yán)格的要求，每一步均應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求去辦。某廠事故發(fā)生后在用拉鋼絲法檢查拆卸的壓縮機(jī)機(jī)身和主軸承位置時(shí)，發(fā)現(xiàn)有少許超標(biāo)偏差，當(dāng)然這也可能是壓縮機(jī)出現(xiàn)過(guò)早磨損及拉傷激振事故后引發(fā)的。

Z新研究結(jié)果表明，軸承結(jié)構(gòu)及安裝定位，適度的柔補(bǔ)性也是提高“主軸2軸承”組合件使用壽命的重要條件。

2 　提高壓縮機(jī)軸承使用壽命的若干措施

2. 1　保證軸承的選材質(zhì)量與制造精度

除了盡可能地使軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上合理及科學(xué)以外，在選材上亦應(yīng)把好質(zhì)量關(guān)。所用軸承材料應(yīng)有材質(zhì)合格證，必須符合化學(xué)成分和機(jī)械性能的有關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

在加工制造方面，更要精心把關(guān)，從坯料生產(chǎn)、合金層澆鑄到機(jī)械加工及襯里研磨等各環(huán)節(jié)均應(yīng)按技術(shù)要求辦，每一步都要經(jīng)質(zhì)量檢驗(yàn)合格后才能進(jìn)入下一道工序。因“主軸軸承”是壓縮機(jī)Z為重要的心臟部件，一旦某一方面過(guò)早損傷后果不堪設(shè)想。軸承是支撐轉(zhuǎn)子工作的，在磨損不可避免的情況下，應(yīng)從軸承材料上確保軸頸受到Z小Z緩慢且均勻的磨損。

若軸承過(guò)早磨損及拉傷，說(shuō)明軸頸也相應(yīng)遭到了一定的損害。為此，軸承合金應(yīng)有較高的抗壓強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度及足夠的塑性和韌性等綜合性能。根據(jù)軸承合金的使用要求，其理想的組織應(yīng)是在軟的基體組織上分布硬的質(zhì)點(diǎn)。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軟的基體很快被磨損而凹下去，硬的質(zhì)點(diǎn)比較耐磨就變得凸起來(lái)，且承擔(dān)了軸及轉(zhuǎn)子的壓力。同時(shí)軟的基體還有抗沖擊、抗振和較好的磨合能力。為了充分滿足軸承(特別是大型精密式)在壓縮機(jī)中的功用，主軸承的尺寸通常按IT7級(jí)精度加工，表面粗糙度Ra值不高于1.6-0.8μm。

此外，由于軸承亦承受很大的動(dòng)態(tài)及交變載荷(轉(zhuǎn)子均有一定的不平衡度)，為了避免應(yīng)力集中，提高疲勞強(qiáng)度，要求軸承表面不得有凹痕、碰傷、毛刺、裂紋和夾雜物等缺陷，且要求在粗、精加工后分別進(jìn)行超聲波和磁粉探傷，同時(shí)要求軸承的各個(gè)過(guò)渡圓角處光潔圓滑。

2. 2　提高機(jī)器的安裝質(zhì)量與裝配精度

注重壓縮機(jī)整體的安裝精度及其各零部件的裝配精度，顯得尤為重要，因它直接影響到軸承乃至壓縮機(jī)后續(xù)的運(yùn)行正常與否。

根據(jù)實(shí)地調(diào)查與檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)幾家工廠使用的壓縮機(jī)安裝精度未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。目前國(guó)內(nèi)一般廠家在安裝壓縮機(jī)過(guò)程中，找正方法多為“拉細(xì)鋼絲法”，此法安裝誤差較大。根據(jù)先進(jìn)廠家安裝機(jī)器的經(jīng)驗(yàn)看，Z好選用激光準(zhǔn)直儀找正法，如機(jī)型DA350261壓縮機(jī)，用此法找正后位置精度達(dá)到±2mm。機(jī)座接合面用精度為0.01mm/m方框式水平儀測(cè)量調(diào)整其縱橫向水平偏差，精度可達(dá)不大于0.03mm/m。

另外，壓縮機(jī)各零部件間的裝配精度亦須保證，尤其是與“主軸2軸承2軸承座”一些相關(guān)的零部件(如葉輪、油封、隔板、平衡盤(pán)、回流器、擴(kuò)壓器、聯(lián)軸器等)，它們之間的裝配狀況均影響到軸承工作中的受力狀態(tài)優(yōu)劣。安裝前須做好清洗檢查和必要的修理工作，對(duì)于一些有較嚴(yán)格技術(shù)要求的裝配部位，尤須全力保證。如軸瓦與軸承座以及軸承蓋之間的過(guò)盈量應(yīng)符合表1的規(guī)定。

表1 　壓縮機(jī)軸瓦過(guò)盈量參考數(shù)據(jù)mm

2. 3　提升壓縮氣體介質(zhì)的凈化效率及密封質(zhì)量改善系統(tǒng)工藝狀況，是不容忽視的重要環(huán)節(jié)。有些壓縮機(jī)所處工作條件較為惡劣，如化肥廠所使用的氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)，設(shè)備使用效率低下，流通、處理的介質(zhì)凈化效率不夠(雜質(zhì)較多)就進(jìn)入壓縮機(jī)，軸承也受到泄漏處氣體的腐蝕或浸蝕。因而亦迫使一些施力較大的運(yùn)動(dòng)零部件過(guò)早損壞。理論上講，化肥廠經(jīng)精煉工段之后的氣體介質(zhì)工藝上必須滿足設(shè)計(jì)要求。某廠根據(jù)筆者建議，改進(jìn)生產(chǎn)工藝流程，在原系統(tǒng)中增加了一臺(tái)小型再凈化設(shè)備，有效提升了精煉工段的效率，壓縮機(jī)使用壽命亦大大提高，原來(lái)有的機(jī)器軸承僅使用很短時(shí)間就出現(xiàn)傷痕，現(xiàn)在已運(yùn)行數(shù)月的壓縮機(jī)軸承亦完好無(wú)損。

實(shí)踐證明，前期工段必須把原料氣中的CO、CO2、O2、H2 S等對(duì)催化劑有毒的成分清除干凈，或小于一定的允許值(對(duì)氣體內(nèi)的含水含油量亦如此)，再就是提高軸封的密封質(zhì)量，這樣不但提高了工廠的經(jīng)濟(jì)效益改善了工作環(huán)境，也有效保護(hù)了壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

2. 4　改善潤(rùn)滑條件，優(yōu)化運(yùn)行環(huán)境壓縮機(jī)在運(yùn)行中，軸承合金層承受著較大的壓應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)力矩。若軸承潤(rùn)滑條件不良或不穩(wěn)定，勢(shì)必影響主軸2軸承正常運(yùn)行及使用壽命。此外，轉(zhuǎn)子啟動(dòng)、停止及運(yùn)行中無(wú)時(shí)無(wú)刻不承受著極大的摩擦力。因此，要選擇適宜牌號(hào)的潤(rùn)滑油，并使油路、油槽、油孔通暢。此外，還應(yīng)保持潤(rùn)滑油一定的油質(zhì)、溫度、壓力和清潔度，以保證軸頸2軸承組合件的良好液體滑動(dòng)。某廠在冬季對(duì)壓縮機(jī)軸承2軸頸早期磨損及傷修復(fù)后，改進(jìn)了油過(guò)濾器，并增加了一個(gè)油路保溫器，開(kāi)車重新投產(chǎn)后，再未出現(xiàn)此類故障。

2. 5　加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)控，提高維護(hù)保養(yǎng)水平壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，如潤(rùn)滑油的油質(zhì)油量保障，各配合件的間隙大小及緊固件間的連接穩(wěn)定性。此外，還可以進(jìn)行科學(xué)的局部性技術(shù)改造，如某廠對(duì)原使用的圓柱瓦通過(guò)刮研改成橢圓瓦，大大消除了由于油膜振蕩引發(fā)的軸承過(guò)早損傷。對(duì)于檢修質(zhì)量，亦應(yīng)引起足夠重視。如不正確擰緊連接螺紋、配合表面不平整、粗糙度不合要求等，都會(huì)引起機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不靈活，產(chǎn)生噪音與振動(dòng)，使機(jī)件損壞速度加劇。大型壓縮機(jī)軸承在使用過(guò)程中，若出現(xiàn)較嚴(yán)重磨損(其磨損量大于0.13-0.15mm) 、磨傷或劃痕(產(chǎn)生較深的縱向溝紋)和產(chǎn)生較大的彎曲變形時(shí)，應(yīng)予以及時(shí)合理的修理，缺陷過(guò)于嚴(yán)重者則應(yīng)更換。若主軸頸磨損，亦應(yīng)及時(shí)處理，可用鍍鉻或車外圓的方法進(jìn)行修復(fù);磨傷或劃傷后，可先將軸頸表面清洗干凈，然后用手工研磨，或用機(jī)床車削加工的方法把縱向溝紋消除。若發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)襯拉傷較嚴(yán)重，可以在其表面堆焊一層新的合金再機(jī)加工至規(guī)定要求的方法予以修復(fù)，但用此法時(shí)一定要注意軸承熱變形引發(fā)新的偏差。

3 　其它幾點(diǎn)注意事項(xiàng)

(1) 注意借鑒國(guó)內(nèi)外研究新成果，加強(qiáng)機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行條件，把握機(jī)器的運(yùn)行特點(diǎn)和規(guī)律(繪制出參考運(yùn)行狀態(tài)曲線) 。

(2) ?次安裝與大修機(jī)器時(shí)，軸承及其各相配合的零部件部分均應(yīng)予以認(rèn)真檢查與驗(yàn)收，外購(gòu)件和外修件宜保證內(nèi)在質(zhì)量及加工精度。且注重動(dòng)態(tài)精度的變化及調(diào)控。

(3) 大型主軸轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸、保管及拆裝吊進(jìn)吊出過(guò)程中，宜輕拿輕放，切勿擦傷與撞擊軸承。

(4) 不斷提高操作人員、檢修人員及管理人員的理論與技術(shù)水平，為正確科學(xué)地使用、檢修和管理機(jī)器創(chuàng)造優(yōu)越條件。

(5) 根據(jù)軸承磨損、腐蝕、劃傷等狀況進(jìn)行理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)評(píng)估，以合理確定檢修周期，且根據(jù)實(shí)際情況的變化具有一定的靈活性。

(6) 壓縮機(jī)在拆裝過(guò)程中，宜使軸轉(zhuǎn)子盡可能保持水平狀態(tài)，天車上的鋼絲繩應(yīng)**在零件前后的重心部位(避開(kāi)受磨的精密區(qū)域且墊上柔軟的襯墊)。

4 　結(jié)束語(yǔ)

某化工廠有兩臺(tái)大型離心式壓縮機(jī)，近年來(lái)，采取了以上所述措施，壓縮機(jī)出現(xiàn)的故障頻率大大減少，軸承早期過(guò)量磨損及拉傷問(wèn)題也基本得到有效解決。由此可以看出:

(1) 壓縮機(jī)軸承的正常磨損劃傷是一種允許的自然現(xiàn)象和規(guī)律，是其Z主要的損壞形式，而早期過(guò)量磨損及拉傷則屬于事故性損壞范疇。

(2) 通過(guò)人為地技術(shù)性調(diào)控，完全有可能營(yíng)造機(jī)器的良好運(yùn)行環(huán)境與條件，軸承的使用壽命亦可以達(dá)到設(shè)計(jì)的工作期限。

(3) 若采用先進(jìn)的技術(shù)改造，使其結(jié)構(gòu)更趨合理(將受力集中的瓦背區(qū)域適度增加一定的柔補(bǔ)性且充分改善軸瓦襯里潤(rùn)滑條件)，并保證較高的材料質(zhì)量和加工安裝精度，還可以進(jìn)一步提高大型壓縮機(jī)軸承的使用。

（來(lái)源：化工設(shè)備圈）