1000万吨/年常减压装置进口泵轴承故障分析及处理

2022-11-13

1000万吨/年常减压装置的4台进口泵自开工以来, 多次由于轴承故障造成停泵检修, 该泵结构形式为双支点双级离心泵, 径向轴承采用滑动轴承, 推力轴承为滚动轴承, 输送介质为初底油, 介质温度达242℃, 轴承故障频发易造成密封泄露等故障, 会引发安全及设备事故。在日常巡检监测及前几次拆检过程发现轴颈有磨槽、轴瓦有磨痕、轴承温度偏高等故障现象, 通过分析采取有效措施解决了问题, 使得设备正常运行, 保证了装置生产的平稳进行。

一、故障现象及原因分析

1. 轴颈磨损

在拆检后发现, 在轴颈上与甩油环所接触的轴颈部位出现磨槽, 且痕迹明显。

通过对磨损部位的检查, 核对轴及甩油环的材质以及对甩油环的尺寸进行测量后, 甩油环对轴颈部位的磨损主要原因有:

甩油环材质选用不当。经查证甩油环选用的材质为A276-410, 而轴的材质也为A276-410, 同类材质容易出现粘连现象, 易造成磨损, 通常在选用甩油环时材质较轴软, 常选用磷青铜, 这样有利于保护轴, 在有摩擦的情况下甩油环被磨损而轴会被保护不被磨损。

甩油环尺寸不合适。对现场甩油环及轴颈尺寸进行测量, 甩油环的内径为φ195 mm, 轴颈外径为φ140 mm, 甩油环内径与轴颈外径的比值为:195/140=1.39, 查设计规范甩油环内径与轴颈外径的比值应在1.5~1.9之间, 而现场测量的比值显然不符合设计要求, 导致甩油环没有足够的浮动空间, 无法正常供油, 从而导致磨损出现。

2. 轴瓦磨损

在对拆检的部件检查过程中发现前、后端的径向轴瓦巴氏合金表层有磨损现象, 由于润滑不良或是轴瓦温度过高巴氏合金强度降低造成, 从现场拆检及测量结果分析造成轴瓦磨损的原因主要有:

轴瓦结构设计存在缺陷。通过对现场甩油环浮动空间测量, 上下活动间隙只有4mm, 无法正常工作, 由甩油环供给的润滑油量不足, 造成轴瓦无法充分润滑从而造成磨损。

轴瓦与轴颈接触面积过大。现场用涂红丹粉着色的方法测量轴颈与下轴瓦接触角约在120°~150°之间, 而正常情况下, 滑动轴承与轴颈的接触角要求在60°~90°之间, 当接触角过大且大于120°时, 液体摩擦将无法实现, 也就是说无法正常润滑形成油膜, 这样会造成轴瓦表层磨损。

轴瓦表面温度过高。当轴瓦没有良好的润滑, 会造成局部温度升高, 且该轴瓦没有冷却方式, 会造成热量聚集降低巴氏合金表层的强度从而造成磨损。

二、解决措施及改进方案

1. 甩油环改进

(1) 甩油环材质改进。将甩油环的材质由A276-410改为磷青铜, 由于磷青铜较A276-410软且耐磨性较好, 在发生摩擦的时候会起到保护轴的作用, 轴的材质不用更换, 磷青铜现材较多且价格合适, 这样改造不必花费太多的成本具有良好的经济性。

(2) 甩油环结构及尺寸改进。按照设计规范甩油环内径与轴颈外径的比值应在1.5~1.9之间, 我们取最小比值1.5进行计算, 甩油环内径>1.5*φ140 (轴颈尺寸) =φ210 mm, 现取甩油环内径Φ210mm, 外径Φ220mm, 宽度不变为为16mm, 为了减小甩油环与沟槽的接触面积, 从而减小磨损, 将横截面制成梯形, 两侧边斜度为10~15度, 在甩油环内侧车0.5mm的沟槽, 提高供油能力。

2. 轴承改进

(1) 轴承部位甩油环活动空间的改进。

由于上轴瓦与甩油环均有不同程度的磨损, 说明甩油环浮动量太小, 目前只有4 mm, 借鉴通用机泵甩油环浮动量实际测量为10mm, 将上轴瓦甩油环对应的部位进行修车加深, 深度由原来的8mm修车为14mm。这样给甩油环一个足够的运行空间, 保证将足够的润滑油带到轴瓦部位进行供油润滑, 确保轴瓦润滑油充分供应。

由于下轴瓦与甩油环均有不同程度的磨损, 说明下轴瓦甩油环槽弦长过大, 目前现场实际测量下轴瓦甩油环槽弦长=176mm, 参考通用机泵轴瓦甩油环槽弦长选用比例, 将下轴瓦甩油环槽弦长加工到160mm, 避免油环碰撞磨损, 这样相当于给甩油环提供一个更充分的工作空间, 目的是给轴瓦充分供油润滑。

(2) 轴瓦接触角改进。

从目前拆检的情况看, 4台运行过的机泵主轴及轴瓦表层都有磨损现象, 从现场着色检查看下轴瓦的接触角约在120°~150°之间, 而正常情况下, 滑动轴承与轴颈的接触角要求在60°~90°之间, 因此对该轴瓦的瓦口进行刮研, 通过调整着色检查, 保证轴颈与下轴瓦的接触角在90°左右, 同时增大进油口的间隙, 保证在接触角正常的情况下有更多的润滑油进入轴瓦内部, 给运转提供良好的润滑, 避免轴瓦及轴颈部位出现磨损。

3. 冷却方式的改进。

两台拔头油泵的介质为初底油, 温度较高, 达到242℃, 给轴承部位增加大量辐射热量, 加上前期轴承在结构及润滑方式上存在缺陷, 造成轴瓦内部温度过高, 从而引发轴承表面磨损发生故障, 现虽然通过改造解决了轴承润滑的问题, 但在辐射热量方面仍存在问题, 根据轴承箱内部结构, 现在前后轴承箱处加装冷却风扇, 降低轴瓦和轴承箱温度, 从而给轴承运行提供一个良好的环境, 延长设备的运行周期。

结论

通过对常减压装置4台进口泵的故障分析其原因, 并针对分析的结果采取合适的解决方法, 消除了设备在运行中常出现轴瓦温度高、磨损以及轴颈磨损等故障, 目前这4台泵的运行过程轴承温度维持在50℃-60℃之间, 状态监测数据显示轴承及转子运行良好, 改造的成功使得设备能长周期运行, 确保了装置生产的平稳运行。

摘要：本文主要针对1000万吨/年常减压装置4台进口泵, 在试车和开工时期, 所表现出的设备缺陷, 进行原因分析和讨论, 制定了改造方案, 对今后同类型设备的检修有着指导意义。

关键词：轴瓦,甩油环,风扇,轴,材质