深冷低壓膨脹機(jī)軸承溫度過(guò)高的原因分析-三泰軸承技術(shù)

深冷裝置采用的膨脹機(jī)屬于速度型透平膨脹機(jī),以天然氣流動(dòng)時(shí)速度的變化來(lái)傳遞能量,高壓天然氣在膨脹機(jī)內(nèi)做接近于等熵膨脹,產(chǎn)生焓降。同時(shí),輸出功,消耗能量,增大焓降,使天然氣出口溫度降低,達(dá)到制冷目的。膨脹葉輪屬于徑軸流反動(dòng)向心閉式葉輪,同軸制動(dòng)的離心增壓機(jī)的葉輪為半開(kāi)式，膨脹機(jī)和增壓機(jī)都是單機(jī)的。膨脹機(jī)是深冷站制冷系統(tǒng)的主要設(shè)備，它擔(dān)負(fù)著制冷和回收能量的重要作用。高、低壓膨脹機(jī)的設(shè)計(jì)流量分別為18623/17388Nm3/h,轉(zhuǎn)速為39000/47000r/min，高、低壓膨脹機(jī)進(jìn)口溫度為-69.15/21.55℃,出口溫度為：-105.32/-39.55℃。通過(guò)分析得出了影響膨脹機(jī)軸承溫度的主要因素有潤(rùn)滑油、水冷卻器、密封氣、配件質(zhì)量、維修質(zhì)量等，其中潤(rùn)滑油的油膜厚度是制約軸承溫度的主要原因，而軸承溫度是影響膨脹機(jī)長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

    1 　膨脹機(jī)組存在的問(wèn)題

    2005年5月膨脹機(jī)組連續(xù)一周多出現(xiàn)軸承溫度高而連鎖停機(jī)現(xiàn)象（數(shù)據(jù)見(jiàn)表1），致使機(jī)組處于較低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，制冷負(fù)溫在-50℃左右，與設(shè)計(jì)制冷溫度相差甚遠(yuǎn)。

    2  膨脹機(jī)軸承潤(rùn)滑機(jī)理

    膨脹機(jī)的軸和軸承的潤(rùn)滑、冷卻主要是靠潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油的主要作用是為軸、軸承、密封提供潤(rùn)滑和冷卻作用。軸頸與軸承間形成一定厚度的動(dòng)壓油膜，構(gòu)成油膜接觸，油膜將軸托起，軸承與軸不直接接觸，軸與軸承間為液體摩擦，摩擦因數(shù)較小。同時(shí)，摩擦副間脫落的金屬屑、雜質(zhì)被潤(rùn)滑油帶走，減輕磨料磨損，帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，防止軸與軸承溫度過(guò)高而燒瓦。 

    3  低壓膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)及潤(rùn)滑油流程

    低壓膨脹機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由膨脹機(jī)殼體、轉(zhuǎn)子軸、葉輪、軸承、鍵、背冒螺栓、隔熱盤、背壓密封、密封膠圈及溫度探頭、振動(dòng)探頭等組成。其輔助系統(tǒng)有增壓機(jī)、密封氣系統(tǒng)、冷吹系統(tǒng)、蓄壓器、平衡閥等。

    低壓膨脹機(jī)的軸承與軸的潤(rùn)滑采用

    L-TSA68號(hào)汽輪機(jī)油進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油的粘度指標(biāo)為55.08～82.28mm2/s,閃點(diǎn)（開(kāi)口）指標(biāo)為≥185℃。潤(rùn)滑油的流程是油箱-粗過(guò)濾器-油泵-潤(rùn)滑油水冷卻器-雙聯(lián)過(guò)濾器-管線閥門-機(jī)前過(guò)濾器-膨脹機(jī)的軸、軸承等部位進(jìn)行潤(rùn)滑。

    4 　故障排查及分析

    4.1  檢查儀表系統(tǒng)

    察看低膨脹機(jī)軸承回油溫度現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與主控室計(jì)算機(jī)顯示的軸承溫度數(shù)據(jù)對(duì)照，再與用紅外線測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)照，測(cè)量的數(shù)據(jù)基本相同，誤差在 2℃左右；檢查低膨脹機(jī)溫度探頭安裝情況，如果探頭安裝松動(dòng)或探頭線性不好，也會(huì)影響數(shù)據(jù)變化，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的溫度進(jìn)行重新校驗(yàn)，重新確認(rèn)儀表探頭的靈敏度，通過(guò)檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常。

    4.2  檢查油箱的潤(rùn)滑油的化驗(yàn)指標(biāo)、溫度和壓力

    潤(rùn)滑油化驗(yàn)指標(biāo)中影響軸承溫度的主要是運(yùn)動(dòng)粘度和閃電。運(yùn)動(dòng)粘度高于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，軸頸與軸承之間油膜的運(yùn)動(dòng)阻力大，運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)帶走，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高；運(yùn)動(dòng)粘度小于標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，軸頸與軸承之間油膜厚度變薄，無(wú)法形成動(dòng)壓潤(rùn)滑，軸與軸承間為邊界摩擦，此時(shí)的摩擦因數(shù)幾倍于液體潤(rùn)滑，軸與軸承間產(chǎn)生的熱量大，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高；潤(rùn)滑油閃電低，軸頸與軸承之間無(wú)法形成油膜或形成的油膜變薄，軸與軸承間為邊界摩擦，易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高。油箱中潤(rùn)滑油溫度對(duì)軸承的影響，油箱溫度過(guò)高（正常油箱溫度為58℃），而潤(rùn)滑油水冷卻器的換熱面積是一定的，潤(rùn)滑油的溫度也相應(yīng)變高，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高，油箱壓力對(duì)軸承溫度的影響，油箱壓力過(guò)高，直接影響潤(rùn)滑油回油箱的速度，這樣也易造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高。因此，要保證低壓膨脹機(jī)軸承溫度不高，必須控制好潤(rùn)滑油的化驗(yàn)指標(biāo)、油箱溫度和壓力。　

    4.3  潤(rùn)滑油水冷卻器換熱效果

    膨脹機(jī)潤(rùn)滑油水冷卻器是隨機(jī)引進(jìn)的換熱器 ,換熱面積為34m2 ,管束采用銅材質(zhì),銅材質(zhì)的換熱效果好于其他材質(zhì),介質(zhì)為循環(huán)水,設(shè)計(jì)來(lái)/回水溫度為30/60℃，殼程介質(zhì)為潤(rùn)滑油，設(shè)計(jì)進(jìn)/出潤(rùn)滑油溫度為60/40℃。來(lái)水溫度高，經(jīng)過(guò)水冷卻器換熱后，潤(rùn)滑油溫度降不下來(lái)，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度升高。潤(rùn)滑油水冷卻器換熱效果，由于水冷卻器長(zhǎng)時(shí)間使用，管壁結(jié)垢，沉積泥砂的堵塞等水冷卻器換熱效果差，造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度高。保證措施是定期對(duì)潤(rùn)滑油水冷卻器進(jìn)行清洗，另外控制好動(dòng)力的循環(huán)水來(lái)水溫度，來(lái)水溫度控制在30℃以內(nèi)。 

    4.4 檢查油泵的運(yùn)行參數(shù)

    油泵的流量為216L/min,進(jìn)口壓力為0.5MPa，出口壓力為4.86MPa。如果油泵的出口壓力低，油泵的供油量不足，潤(rùn)滑油循環(huán)減慢，潤(rùn)滑油不能正常工作，無(wú)法滿足軸承及密封的潤(rùn)滑，易造成軸承溫度高。這種情況可能是油泵密封損壞，泄漏量大造成的，或是油泵進(jìn)口過(guò)濾氣堵塞造成的，也可能是泵葉輪損壞而致，經(jīng)檢查現(xiàn)場(chǎng)油泵的出口壓力為4.5MPa，滿足膨脹機(jī)運(yùn)行需要。 

    4.5  檢查管線

    回油的匯管多年運(yùn)行積垢多不暢通，影響軸承回油量，或是調(diào)節(jié)閥堵塞開(kāi)關(guān)不靈活，造成油路不暢通，影響軸承溫度等。在停機(jī)時(shí)，對(duì)膨脹機(jī)的所有潤(rùn)滑油管路和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行檢查、清洗，同時(shí)用儀表風(fēng)進(jìn)行吹掃管線，未發(fā)現(xiàn)任何異物。 

    4.6  檢查膨脹機(jī)的配件質(zhì)量

    目前，膨脹機(jī)的配件都使用國(guó)產(chǎn)化研制加工的配件，軸承是由四川簡(jiǎn)陽(yáng)低溫設(shè)備廠加工的配件，懷疑有質(zhì)量問(wèn)題，軸承回油孔方位不對(duì)或孔小，造成回油不暢通，與引進(jìn)配件對(duì)比，同時(shí)檢查油孔是否有堵塞，并用儀表風(fēng)進(jìn)行吹掃，未發(fā)現(xiàn)異常。檢查隔熱盤的回油孔存在堵塞的現(xiàn)象，經(jīng)檢查軸承及隔熱盤。不是造成低壓膨脹機(jī)軸承溫度的原因。 

    4.7  檢查配合間隙

    軸承與軸的配合間隙過(guò)小，造成軸承與軸之間的油膜厚度過(guò)小，致使軸承與軸頸產(chǎn)生邊緣摩擦，造成軸承溫度過(guò)高。經(jīng)檢查維修記錄，裝配尺寸符合規(guī)程要求。

    4.8  密封氣的壓力調(diào)節(jié)不正確

    為了防止油進(jìn)入到工藝氣體中，或工藝氣體和油接觸，在迷宮密封中間注入一股密封氣，密封氣的流量稍高于從密封中的泄漏量，密封氣的壓差為0.15MPa。另外，密封氣中不能含有重?zé)N，重?zé)N會(huì)造成潤(rùn)滑油粘度下降。經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常。 

    4.9  儀表軟件故障

    從現(xiàn)場(chǎng)逐一排查，未找到膨脹機(jī)軸承溫度高的根源，檢查計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)儀表軟件故障所致，故障排除后，膨脹機(jī)運(yùn)行軸承溫度正常，

    5　 結(jié)論 

    膨脹機(jī)組是深冷站制冷系統(tǒng)的主要機(jī)組，要保證膨脹機(jī)組平穩(wěn)、高效運(yùn)行，降低故障頻率，就必需嚴(yán)格控制機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，保證機(jī)組在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)把好配件質(zhì)量關(guān)和維修質(zhì)量關(guān)，減少停車次數(shù)，避免損害膨脹機(jī)。

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