阮鑫1 ,阮霄羽2 ,赵国龙3 ,付双宏33. 河北金石化肥厂, 石家庄　050031)

摘　要: 结合国内近年来压缩机设计制造的实践,分析研究了化工用大型离心式压缩机径向滑动轴承过早拉伤的

特征以及产生原因和防范对策,并根据目前国内一些使用厂家的实际情况,提出几点有针对性的见解和建议。

　　大型离心式压缩机是化工厂的心脏设备,而它的径向滑动轴承的过早拉伤,是压缩机不能正常运

行的重大故障之一。由于化工厂多为一条龙生产,各装置联系紧密,由此常常导致不堪设想的后果。多年来,科技工作者跟踪、探索它的根源所在,寻求防治、解决它的办法。轴承磨损及拉伤根据所用件运行时间的长短,可分为正常抱轴拉伤与非正常抱轴拉伤(即早期突发的过量抱轴拉伤) 。本文主要探索后一种故障的形成特点、产生原因及防范对策。

1 　轴承过早拉伤及损坏原因

1. 1　早损轴承拉伤基本特点分析

在此仅举两例。某化肥厂一台氮氢气压缩机(2005年8月投入使用)因振动剧烈而造成被迫停机,经检查为轴承合金层拉伤。根据现场情况分析,受损的轴承主要为安装(轴颈2轴承)过紧所致。经查发现,轴瓦的内衬刮蹭面积达23 % ,拉伤深度达0. 46 mm。受损部位颜色乌黑,说明润滑油高温已经变质。另一例是,某化工公司使用的国产大型压缩机(生产车间扩建后用) ,新机器安装后仅用了13天就发现轴承处冒烟而停机,经检查也为轴承严重抱轴拉伤,经测检发现合金层拉伤划痕深度为0. 53mm。此确为该厂多年来首次遇到的重大事故,使生

产受到严重损失。

1.    2　材质、机械性能难以满足特殊的使用要求

    轴承是压缩机运行时受力较大且负荷复杂多变的零件,因此从选材质量上应首先把关。目前,国内化工用大型压缩机轴承材料(合金层)多为ZCH2SnSb1126、ZCHPb1621622、ZCuPb30等。虽然这些材料强度尚可,但亦有一些不足之处,主要是塑性、韧性不够高,磨合能力有所欠缺。尤其是对轴承的几个受力关键处———主轴颈和轴承座结合部分(此处与其他零件接触面及斑点要求极高) ,稍有细微之缺陷,工作中施力较大时非常易于引发磨损及划伤。即便是较好的轴承合金牌号,有时检验后也没有真正达到应有的理化标准。如某厂压缩机轴承损伤后经检验发现其机械性能及化学成分未达到要求的指标。近来经研究还发现,轴承材质性能亦不是定数,其变化程度与环境稳定性有关,因此要随时进行观测及调控轴承的工作条件。此外,轴承的材质也和相配零件的材质有一个最佳配比的关系。这均要由反复试验才能予以确定。表1为某厂压缩机主轴用材料的机械性能(材质为38CrMoAl) ,表2为轴承副材质及主要工作条件。

表1　压缩机主轴用材料的机械性能

性能指标Rm /MPa ReL /MPa δ5 /% Ψ /% HRC

要求值850 700 15 45 27～29

实测值810 592 19. 6 59. 6 23～24

表2　轴承副材质及主要工作条件

名称  轴径  轴瓦    轴衬轴衬体    轴承副  工作温度/℃ 润滑油

材质35CrMo Chsnsb1126 ZG25 < 65 30号透平油

轴径或宽度d = 80 L = 70 < 65 30号透平油

粗糙度(Ra ) 0. 4 0. 8 < 65 30号透平油

1. 3　工况条件较为恶劣且不够稳定

众所周知,对于压缩机轴承的早发磨损及拉伤,除自身因素外,其工作条件的多变是不容忽视的。如化工厂使用的压缩机,对工况条件有严格的要求,但由于各种原因(技术的、人为的、设备的、工艺的均有) ,气体的杂质、温度、压力等工艺指标起伏波动较大,致使转子主轴承受的外载加重,出现早期损坏。整个工艺系统的环境条件(如润滑油、冷却水、原料气等方面)优劣,亦决定着所使用机器或零部

件正常工作周期的长短。

1. 4　设计结构欠妥,制造及安装精度不够高压缩机轴承正常运行时间不长即损伤,说明此处存在重大问题。根据对某厂因故停机的压缩机各零件分析,发现其设计结构在某些方面不够合理。例如,机器轴承润滑油源至某主润滑处距离较远,严重影响润滑效果。应将轴承的润滑系统、油路结构等设计得更趋合理与科学,以保证轴承受力最复杂的局部区域具有良好的液体摩擦境况。此外,压缩机制造、安装精度不够高也是事故早发的原因。离心式压缩机属于化工厂装置中精密机器范畴,无论是设计、制造还是安装定位,每一环节都有相当严格的要求,每一步均应按国家标准与技术要求去办。某厂事故发生后在用拉钢丝法检查拆卸的压缩机机身和主轴承位置时,发现有少许超标

偏差,当然这也可能是压缩机出现过早磨损及拉伤激振事故后引发的。最新研究结果表明,轴承结构及安装定位,适度的柔补性也是提高“主轴2轴承”组合件使用寿命的重要条件。

2 　提高压缩机轴承使用寿命的若干措施

2. 1　保证轴承的选材质量与制造精度

除了尽可能地使轴承结构设计上合理及科学以外,在选材上亦应把好质量关。所用轴承材料应有材质合格证,必须符合化学成分和机械性能的有关检验标准。在加工制造方面,更要精心把关,从坯料生产、合金层浇铸到机械加工及衬里研磨等各环节均应按技术要求办,每一步都要经质量检验合格后才能进入下一道工序。因“主轴2轴承”是压缩机最为重要的心脏部件,一旦某一方面过早损伤后果不堪设想。轴承是支撑转子工作的,在磨损不可避免的情况下,应从轴承材料上确保轴颈受到最小最缓慢且均匀的磨损。若轴承过早磨损及拉伤,说明轴颈也相应遭到了一定的损害。为此,轴承合金应有较高的抗压强度、疲劳强度及足够的塑性和韧性等综合性能。根据轴承合金的使用要求,其理想的组织应是在软的基体组织上分布硬的质点。机器运转时,软的基体很快被磨损而凹下去,硬的质点比较耐磨就变得凸起来,且承担了轴及转子的压力。同时软的基体还有抗冲击、抗振和较好的磨合能力。为了充分满足轴承(特别是大型精密式)在压缩机中的功用,主

轴承的尺寸通常按IT7级精度加工,表面粗糙度Ra值不高于1. 6～0. 8μm。此外,由于轴承亦承受很大的动态及交变载荷(转子均有一定的不平衡度) ,为了避免应力集中,提高疲劳强度,要求轴承表面不得有凹痕、碰伤、毛刺、裂纹和夹杂物等缺陷,且要求在粗、精加工后分别进行超声波和磁粉探伤,同时要求轴承的各个过渡圆角处光洁圆滑。

2. 2　提高机器的安装质量与装配精度

注重压缩机整体的安装精度及其各零部件的装配精度,显得尤为重要,因它直接影响到轴承乃至压缩机后续的运行正常与否。根据实地调查与检测,发现几家工厂使用的压缩机安装精度未达到标准。目前国内一般厂家在安装压缩机过程中,找正方法多为“拉细钢丝法”,此法安装误差较大。根据先进厂家安装机器的经验看,最好选用激光准直仪找正法,如机型DA350261压缩机,用此法找正后位置精度达到±2 mm。机座接合面用精度为0. 01 mm /m方框式水平仪测量调整其纵横向水平偏差,精度可达不大于0. 03 mm /m。另外,压缩机各零部件间的装配精度亦须保证,尤其是与“主轴2轴承2轴承座”一些相关的零部件(如叶轮、油封、隔板、平衡盘、回流器、扩压器、联轴器等) ,它们之间的装配状况均影响到轴承工作中的受力状态优劣。安装前须做好清洗检查和必要的修理工作,对于一些有较严格技术要求的装配部位,尤须全力保证。如轴瓦与轴承座以及轴承盖之间的过盈量应符合表3的规定[ 1 ] 。

表3 　压缩机轴瓦过盈量参考数据mm

序号名称过盈量

1 圆筒形瓦0. 03～0. 07

2 椭圆形瓦0. 02～0. 05

3 多油楔圆形瓦0. 02～0. 04

4 可倾瓦0. 01～0. 03

5 球面综合推力瓦0. 03～0. 05

6 球面瓦- 0. 06～ - 0. 02

2. 3　提升压缩气体介质的净化效率及密封质量改善系统工艺状况,是不容忽视的重要环节。有些压缩机所处工作条件较为恶劣,如化肥厂所使用的氮氢气压缩机,设备使用效率低下,流通、处理的介质净化效率不够(杂质较多)就进入压缩机,轴承也受到泄漏处气体的腐蚀或浸蚀。因而亦迫使一些施力较大的运动零部件过早损坏。理论上讲,化肥厂经精炼工段之后的气体介质工艺上必须满足设计要求。某厂根据笔者建议,改进生产工艺流程,在原系统中增加了一台小型再净化设备,有效提升了精炼工段的效率,压缩机使用寿命亦大大提高,原来有的机器轴承仅使用很短时间就出现伤痕,现在已运行数月的压缩机轴承亦完好无损。实践证明,前期工段必须把原料气中的CO、CO2、O2、H2 S等对催化剂有毒的成分清除干净,或小于一定的允许值(对气体内的含水含油量亦如此) ,再就是提高轴封的密封质量,这样不但提高了工厂的经济效益改善了工作环境,也有效保护了压缩机的正常运行。

2. 4　改善润滑条件,优化运行环境压缩机在运行中,轴承合金层承受着较大的压应力及扭转力矩。若轴承润滑条件不良或不稳定,势必影响主轴2轴承正常运行及使用寿命[ 2 ] 。此外,转子启动、停止及运行中无时无刻不承受着极大的摩擦力。因此,要选择适宜牌号的润滑油(如轴承多采用220、HU255号油等) ,并使油路、油槽、油孔通畅。此外,还应保持润滑油一定的油质、温度、压力和清洁度,以保证轴颈2轴承组合件的良好液体滑动。某厂在冬季对压缩机轴承2轴颈早期磨损及伤修复后,改进了油过滤器,并增加了一个油路保温器,开车重新投产后,再未出现此类故障。

2. 5　加强运行监控,提高维护保养水平压缩机运行过程中,应加强监控,如润滑油的油质油量保障,各配合件的间隙大小及紧固件间的连

接稳定性。此外,还可以进行科学的局部性技术改造,如某厂对原使用的圆柱瓦通过刮研改成椭圆瓦(机型为E I35029 /0. 97) ,大大消除了由于油膜振荡引发的轴承过早损伤。对于检修质量,亦应引起足够重视。如不正确拧紧连接螺纹、配合表面不平整、粗糙度不合要求

等,都会引起机器运转不灵活,产生噪音与振动,使机件损坏速度加剧。大型压缩机轴承在使用过程中,若出现较严重磨损(其磨损量大于0. 13～0. 15mm) 、磨伤或划痕(产生较深的纵向沟纹)和产生较大的弯曲变形时,应予以及时合理的修理,缺陷过于严重者则应更换。若主轴颈磨损,亦应及时处理,可用镀铬或车外圆的方法进行修复;磨伤或划伤后,可先将轴颈表面清洗干净,然后用手工研磨,或用机床车削加工的方法把纵向沟纹消除。若发现轴承内衬拉伤较严重,可以在其表面堆焊一层新的合金再机加工至规定要求的方法予以修复,但用此法时一定要注意轴承热变形引发新的偏差。

3 　其它几点注意事项

(1)注意借鉴国内外研究新成果,加强机器运行状态检测,及时调节运行条件,把握机器的运行特点和规律(绘制出参考运行状态曲线) 。

 (2)每次安装与大修机器时,轴承及其各相配合的零部件部分均应予以认真检查与验收,外购件和外修件宜保证内在质量及加工精度。且注重动态精度的变化及调控。

(3)大型主轴转子在运输、保管及拆装吊进吊出过程中,宜轻拿轻放,切勿擦伤与撞击轴承。

(4)不断提高操作人员、检修人员及管理人员的理论与技术水平,为正确科学地使用、检修和管理机器创造优越条件。

(5)根据轴承磨损、腐蚀、划伤等状况进行理论计算和经验评估,以合理确定检修周期,且根据实际情况的变化具有一定的灵活性。

(6)压缩机在拆装过程中,宜使轴转子尽可能保持水平状态,天车上的钢丝绳应捆绑在零件前后的重心部位(避开受磨的精密区域且垫上柔软的衬垫)

4 　结束语

某化工厂有两台大型离心式压缩机,近年来,采取了以上所述措施,压缩机出现的故障频率大大减少,轴承早期过量磨损及拉伤问题也基本得到有效解决。由此可以看出:

(1) 压缩机轴承的正常磨损划伤是一种允许的自然现象和规律,是其最主要的损坏形式,而早期过量磨损及拉伤则属于事故性损坏范畴。

(2)通过人为地技术性调控,完全有可能营造机器的良好运行环境与条件,轴承的使用寿命亦可以达到设计的工作期限。

(3)若采用先进的技术改造,使其结构更趋合理(将受力集中的瓦背区域适度增加一定的柔补性且充分改善轴瓦衬里润滑条件) ,并保证较高的材料质量和加工安装精度,还可以进一步提高大型压缩机轴承的使用寿命。

参考文献

[ 1 ] 　楼宇新. 化工机械安装与修理[M ]. 北京:化学工业出版社,

1996.

[ 2 ] 　陈建国,杜培德. 氮氢气循环压缩机曲轴疲劳断裂的力学分析

[ J ]. 青岛化工学院学报, 2002 (2) : 54256.

[ 3 ] 　萧开梓. 化工机器安装与检修[M ]. 北京:中国石化出版社,

1992.