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作者：陈平，和映山。 第一作者简介：陈平，男，1970年5月出生，中级技师，机修钳工高级技师，1989年毕业于云南省第二化工技校机修钳工专业，现任云南水富云天化有限公司“云南省技能大师工作室”、“云南省劳模创新工作室”负责人。 摘要：空气压缩机作为合成氨装置的关键机组，自投用以来轴承温度居高不下，轴承温度缓慢上涨，长期在120℃以上运行，过高的轴承温度影响机组安全稳定运行。根据机组运行历史结合离心式压缩机相关知识理论，从润滑油系统、转子和轴承的结构等方面进行原因分析，最终找出轴承温度高的原因。 关键词：可倾瓦 动压滑动轴承 润滑油 离心式压缩机 轴承温度 1概述 空气压缩机是云南水富云天化有限公司在2002年“合成氨技术改造”工程中引进的多轴离心式压缩机。压缩机有3根转轴，六级叶轮（两端叶轮对置式排列），其末级出口压力为3.6MPa，流量为37 920m3／min，最后并入旧空气压缩机出口总管网，该机组是合成氨技术改造后增高氨产量的关键设备，第六级转速为26 792r／min。该级轴承采用5块可倾瓦的动压滑动轴承，设计工况下，轴承温度为100℃以下，120℃为报警值，125℃为联锁停机值，转向为顺时针（从电机向压缩机看）。 该机组自投用以来轴承温度居高不下，轴承温度长期缓慢上涨，上涨到118℃后停车检查，发现阀芯瓦块有烧灼痕迹。更换轴承并清洗轴颈，回装运行，轴承温度不变，运行2d后又达到120℃。适当提高进油压力和增大进油量后，轴承温度120℃仍不变。降低进油温度，轴承温度反而升高到125℃。提高进油温度，轴承温度从125℃降低到123℃后不变。 2原因分析 轴瓦间隙小，径向载荷过大，进油温度高等很多因素都有可能引起轴承温度升高，以下通过3个方面分析原因。 2.1润滑油系统 提高进油压力，增大进油量后，轴承温度高达120℃，保持不变，表明润滑油承载区耗油量已充分。耗油量分为承载区耗油量和非承载区耗油量，进油压力和油量的提高只能增大非承载区耗油量，而承载区耗油量只与轴承结构和轴颈尺寸有关，由此可推断多余的油未进入轴承润滑系统形成压力油膜，而直接从进油口轴向排出。进油温度升高，反而使轴承温度稍微下降，由于润滑油温度升高，黏度有所下降，油的流动性有一定的提高，使回油能力有所增强，由此可推断轴承内部回油不畅，可能是进油孔或回油口有局部堵塞。检查润滑油油品和清洁度都符合设计要求。 2.2转子 转子在装配前做过形位偏差和表面粗糙度测量，所有数据都符合设计要求，压缩机也没有超负荷运行而产生过大的冲击载荷。气封间隙也没有过大而使高温压缩空气从轴向漏入轴承使轴承温度升高，转子在轴承位置的径向跳动也符合设计要求。由以上分析可以推出转子各方面都符合设计要求，并没有造成轴承温度升高的原因。 2.3轴承 拆下轴承，与设计图比较后发现缺少4个回油孔，测得轴瓦间隙为0.125mm，基本符合设计要求（0.12~0.15mm）的下限。瓦块角度、轴承壳体内外圈同心度、油封间隙等各种设计参数都符合设计要求。由此确定轴承温度升高的原因为：缺少4个回油孔导致回油不畅，不能及时带走轴承散发的热量。为此，对更换的新轴承增钻4个4.2mm的回油孔，并回装运行。但不到1个月，轴承温度再次升高到120℃，说明回油孔少并不是轴承温度升高的主要原因，但可以断定主要原因仍来自轴承结构方面。 拆下轴承仔细检查各种设计尺寸和安装尺寸，发现轴瓦间隙测量值不足0.12mm，不符合设计要求（0.12~0.15mm）。轴承瓦背紧力过大，冷态测量有0.03~0.05mm，与设计值（0~0.02mm）有很大差距。为此对轴瓦利用假轴法刮研巴式合金面，使间隙达到0.15mm，并在轴承座剖分口中分面加厚度为0.05mm的铜皮，使瓦背紧力达到设计要求，并进行二次回装运行。但轴承温度还是缓慢升高到报警值以上，而轴承的所有尺寸都符合设计图纸要求，转子和润滑油方面也符合设计要求。 对取下的3组轴承进行对比分析，发现同一个现象：轴瓦上有烧灼和油垢痕迹的部分主要集中在正下方瓦和顺时针方向下瓦旁边的轴瓦相邻部分，而其他表面和轴瓦都完好。说明轴瓦有一定的偏烧，而轴瓦圆度是合格的。由此可以推论转子在运行过程中有一定的偏心，偏心方向为顺时针方向[1]。由于此轴承只承受径向载荷，所以受力分析只分析轴的径向力，轴的结构如图1所示。 图1 轴的结构 从图1可以看出，轴的受力主要来自转子重量、齿轮传动时引起的切向和径向力、转子运行时空气引起的不确定力。由于离心叶轮是全周进排气，一般气体对转子的作用力由于相互抵消而很小，可以忽略不计。则轴承受力（不考虑弯矩）如图2所示。
图2 轴承受力 动压滑动轴承的工作原理是在轴与轴瓦相对运动的摩擦表面，借助于表面间的相对运动产生足以平衡外载荷的流体膜，使摩擦表面处于流体膜润滑的工作状态。形成动压润滑的条件为：①轴与轴瓦之间必须形成楔形间隙；②轴与轴瓦之间必须连续充满润滑油或其他黏性流体；③轴与轴瓦之间必须有相对的滑动速度，并且运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。 由于可倾瓦多油楔滑动轴承的工作原理比较复杂，先简单分析单油楔滑动轴承。在正常的工作条件下，油膜最小厚度和最高压力沿顺时针方向有一定的角度。温度最高点也应在最大油膜压力附近，单油楔滑动轴承的上部很大一片区域不受压力，偏心距大[2]。与固定五油楔滑动轴承相比，工作原理完全一致，不同的是在油膜压力分布上，固定五油楔滑动轴承，油膜压力分布要更均匀、更稳定。 五油楔可倾瓦滑动轴承与固定五油楔滑动轴承相比，可倾瓦轴承的稳定性更好，偏心更小，还能随载荷﹑转速等参数的变化自动调整油膜角度，以保证轴承的最佳工作状态，两种轴承定性的压力分布是一致的。在轴承沿径向的压力分布上，虽然每块瓦都有油膜压力，但主要的油膜承载瓦块为下瓦和顺着转速下瓦旁边的瓦块，也就是引起偏烧的2个瓦块。为此推断轴承温度升高的原因：①轴承的主要承载方向并不是垂直向下，而有角度，主要的承载瓦块应该是顺时针方向的第2块下瓦；②下瓦处于最下方，由于转速的影响，径向载荷主要由下瓦和顺时针方向下瓦旁边的瓦块承受，使2块瓦都受到局部过载而导致温度升高引起偏烧。 3改进措施 轴承销孔改进前、后对比如图3所示。
改进前 改进后 图3 轴承销孔改进 考虑到2块瓦都有局部过载，而过载原因是由于受力方向和转速方向而引起，只需调整一个合适的角度，使轴承的主要承载瓦由2块改为1块，故在下瓦上做些相应的改进措施，就可以解决轴承温度升高的根本问题。由于油膜压力最高、最容易过载的是下瓦的轴向中心部分，为此在瓦块轴向中心部位开一个储油槽，使轴向中心的油膜承载能力增强，如图4所示。
无储油槽 有储油槽 图4 开储油槽 开储油槽有2个好处：①油槽边缘倒平滑的角使油更好的进入轴瓦，下瓦的进油能力增强；②槽连通下瓦两侧的2个进油孔，也有一定的储油作用。通过以上分析，确定相应的调整瓦块承载角度分布和储油槽的规格，改变轴承体安装定位销位置使轴瓦的承载角度调整到合适的位置。 改进后的新轴承回装运行，轴承温度一直稳定在75~100℃，成功解决了轴承温度升高问题。 4结束语 快速准确找出机械故障的根本原因并精确处理，最根本的方法还是要弄清楚机械工作原理。在化工行业中，动压滑动轴承特别是可倾瓦滑动轴承运用越来越广泛，接着而来的就是很多新的轴承故障问题，只有更好地掌握其工作原理，对症下药，才能攻克各种难关。 参考文献 [1] 成大先主编. 机械设计手册：轴承[M]. 第5版. 北京：化学工业出版社，2008：103-105. [2] 景思睿，张鸣远. 流体力学[M]. 西安：西安交通大学出版社，2002：29-31. ANALYSIS ON HIGH TEMPERATURE OF BEARING OF AIR COMPRESSOR AND TREATMENT Chen Ping，He Yingshan （Yunnan Shuifu Yuntianhua Ltd.，Shuifu 657800） Abstract：Air compressor as the critical equipment in synthetic ammonia plant was running under the high temperature of the bearing at above 120℃ since its starting up. High temperature may impact on the safe and steady operation of the compressor. Studying the theory of centrifugal compressor combined with the historical data，we analyzed the lubricant system，rotator and the bearing structure，and found the causes of the high bearing temperature. Key words：tilting pad；sliding dynamic pressure bearing；lubricant；centrifugal compressor；bearing temperature |
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