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            軸承磨損類案例:某廠循環氫壓縮機支撐軸承磨損故障分析

            1、設備概述

            某煉油廠重整裝置循環氫壓縮機,由汽輪機驅動,型號為NKS40/45/20,進汽壓力為3.5MPa,排汽壓力為0.007MPa,額定工作轉速為8900rpm;壓縮機由低壓缸和高壓缸組成,型號分別為BCL607和BCL609,進氣壓力為0.46 MPa,排氣壓力為2.3 MPa,額定流量為90,000Nm3/h,其支撐軸承均采用五塊可傾瓦結構。振動報警門限為63.5μm,聯鎖門限為88.9μm;軸承溫度報警門限為105°C,聯鎖門限為115°C。

            圖1 機組總貌圖

            2、機組異常及分析過程

            2019年4月1日-4月28日期間機組停機,對機組進行了常規檢修,檢修內容包括:對汽輪機和壓縮機進行了拆解檢查、清理,整體更換了壓縮機的支撐軸承,并更換了新的測溫鉑熱電阻和鎧裝線纜,處理了機組的漏點,對壓縮機轉子進行了動平衡處理。

            機組檢修完成后,于2019年5月9日重新啟機運行。起初一個月內,汽輪機、壓縮機各通道振動趨勢較為平穩,振動幅值分別保持在25μm,10μm左右和12μm左右,振動幅值較低,并且運行趨勢相對較為平穩。但自2019年6月10日起,服務工程師利用SG8000遠程狀態監測系統對機組做數據瀏覽時,發現壓縮機低壓缸和高壓缸各通道的間隙電壓均有緩慢變化的趨勢,起初變化的數值不是很大,但隨著時間推移,至6月30日時,低壓缸GAP(間隙)電壓值變化最大的通道數值從-8.90V變化至-9.15V,高壓缸GAP電壓值變化最大的通道數值從-8.60V變化至-8.86V,而在此期間壓縮機各通道的振動幅值趨勢始終較為平穩,沒有出現明顯的改變。

            圖2 壓縮機間隙電壓趨勢圖(5-6月份)

            圖3 壓縮機各通道振動趨勢圖(5-6月份)

            在測量大型旋轉機械的軸振動時,我們一般采用的是電渦流位移傳感器。其工作原理是:傳感器的頭部線圈與諧振電容、前置器內的石英振蕩器構成高頻(1~2MHz)電流振蕩回路,在頭部線圈周圍會產生高頻交變磁場。當磁場范圍內出現金屬導體(如轉子)時,轉子表面會產生感應電流,即電渦流。電渦流產生的感應磁場反作用于線圈的高頻磁場,使線圈的阻抗發生變化,轉子與探頭之間的間隙值越小,電渦流就越大,線圈的阻抗就越大、電感量就越小。測出電感量的變化,即可知道轉子與探頭的間隙變化。也就是說,探頭與轉子之間的距離與輸出的GAP電壓(絕對值)成正比。

            機組在停機時,儀表人員會調校電渦流位移傳感器的位置,一般會將傳感器的GAP電壓值調整到-10V左右(傳感器的線性中點)。機組在啟機過程中,隨著轉子被油膜托起,GAP電壓值會稍有變化;正常運行時,傳感器的GAP電壓值會始終穩定在某一數值,其波動范圍一般不會很大。

            而該機組在運行一段時間后,壓縮機低壓缸、高壓缸均出現了不同程度的GAP電壓(絕對值)變大的情況,根據電渦流位移傳感器的工作原理,判斷為轉子逐漸遠離傳感器探頭。在機組負荷、潤滑油溫均沒有大幅調整的情況下出現此現象,分析為壓縮機的支撐軸承出現了瓦塊磨損的現象。從GAP電壓值的變化上看,目前磨損還不嚴重。建議可嘗試潤滑油溫度,以增加油膜厚度或油膜剛度,觀察磨損情況是否有所緩解。

            在2019年7月份期間,用戶對潤滑油溫和油壓進行了調整,先后采取了降低潤滑油溫度、提高潤滑油溫度、降低潤滑油壓力和提高潤滑油壓力的調整。但從GAP電壓的變化趨勢上看,其變化的斜率沒有明顯的改變,仍呈間隙電壓(絕對)值逐漸變大的趨勢。

            圖4 壓縮機GAP電壓變化趨勢圖(7月份)

            而從低壓缸兩端的軸心位置圖上看,在一段時間內,壓縮機轉子的確呈逐漸下沉的趨勢,表明兩端的支撐軸承瓦塊的磨損仍在持續。

            圖5 壓縮機低壓缸兩端軸心位置圖(7月份)

            在此期間,壓縮機低壓缸的振動值與之前運行時比較也出現了幅值上漲和波動的現象,此時振動值已從檢修后10μm左右上漲至接近20μm。分析由于瓦塊磨損導致軸承間隙變大,軸承支撐剛度降低,致使振動幅值上漲。

            圖6 壓縮機低壓缸振動趨勢圖(7月份)

            鑒于是壓縮機低壓缸和高壓缸支撐軸承同時存在磨損的問題,用戶外委對潤滑油品質做了化驗。檢查結果顯示:“油品理化指標及污染情況正常”“系統磨損情況正常”,潤滑油品質檢驗正常,評估軸瓦磨損的原因非潤滑油劣化所致。

            圖7 潤滑油品檢驗結果

            由于生產要求,機組短期內不允許停機,故機組只能帶病運轉,但建議用戶可適當降低機組負荷,并準備好備件軸承,若后續機組出現跳車或臨時停機機會時,對支撐軸承進行更換。

            隨后機組運行過程中,GAP電壓值的變化仍在持續,從變化斜率上看,除了壓縮機高壓缸非聯端側GAP電壓值變化較大外,其它通道均有所緩解。

            圖8 壓縮機GAP電壓變化趨勢圖(8-9月份)

            從振動趨勢圖上看,壓縮機低壓缸振動仍呈持續上漲的趨勢,2個月的時間里幅值又上漲了5μm左右,振動總值超過25μm。壓縮機高壓缸振動出現了極為不穩定的現象,特別是非聯端側兩通道振動出現頻繁大幅波動的現象,說明軸承瓦塊磨損后其軸承間隙變大,軸承對轉子的支撐剛度及約束力都有所降低。

            圖9 壓縮機低壓缸振動趨勢圖

            圖10 壓縮機高壓缸振動趨勢圖

             

            3、故障驗證&處理

            2019年9月30日,因裝置中其它機組突然停機,用戶組織對該機組進行了拆解和檢修。拆解后發現壓縮機低壓缸、高壓缸各部支撐軸承均有不同程度的磨損,特別是高壓缸非聯端(GAP電壓變化較大那一端)軸承出現了較為嚴重的磨損,同時軸頸部位也有拉傷痕跡。

               

            圖11 壓縮機高壓缸非聯端拆解照片

                   

            圖12 壓縮機高壓缸聯端拆解照片

            更換新的備件軸承后,機組重新啟機運行。對于軸承瓦塊磨損的原因初步認定為瓦塊質量不良或軸承承載能力偏差,后續機組制造廠將對軸承瓦塊的承載能力進行重新核算,并對瓦塊的制造過程做更為嚴格的質量把控。

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