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深冷低压膨胀机轴承温度过高的原因分析
作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12
深冷装置采用膨胀机属于速度型透平膨胀机 ,以天然气流动时速度变化来传递能量,高压天然气膨胀机内做接近于等熵膨胀,产生焓降。同时,输出功,消耗能量,增大焓降,使天然气出口温度降低,达到制冷目。膨胀叶轮属于径轴流反动向心闭式叶轮,同轴制动离心增压机叶轮为半开式，膨胀机和增压机都是单机。膨胀机是深冷站制冷系统主要设备，它担负着制冷和回收能量重要作用。高、低压膨胀机设计流量分别为18623/17388Nm3/h,转速为 39000/47000r/min，高、低压膨胀机进口温度为-69.15/21.55℃,出口温度为：-105.32/-39.55℃。分析出了影响膨胀机轴承温度主要因素有润滑油、水冷却器、密封气、配件质量、维修质量等，其中润滑油油膜厚度是制约轴承温度主要原因，而轴承温度是影响膨胀机长周期、高效运行关键。1 膨胀机组存问题2005年5月膨胀机组连续一周多出现轴承温度高而连锁停机现象（数据见表1），致使机组处于较低负荷运转状态，制冷负温-50℃左右，与设计制冷温度相差甚远。 表 1 膨胀机组有故障时运行参数日期X0302X0301油箱温度 /℃冷却器出口温度 /℃转速 /(r/min)轴承温度 /℃回油温度 /℃转速 /(r/min)轴承温度 /℃回油温度 /℃2005.5.33400070603200050.46156452005.5.43200078．160.83170051．26256．545．42005.5.53200076．4613210052．961．555462005.5.631800rpm77℃604℃31000rpm52℃61℃54℃45℃2 膨胀机轴承润滑机理膨胀机轴和轴承润滑、冷却主靠润滑油，润滑油主要作用是为轴、轴承、密封提供润滑和冷却作用。轴颈与轴承间形成一定厚度动压油膜，构成油膜接触，油膜将轴托起，轴承与轴不直接接触，轴与轴承间为液体摩擦，摩擦因数较小。同时，摩擦副间脱落金属屑、杂质被润滑油带走，减轻磨料磨损，带走摩擦产生热量，防止轴与轴承温度过高而烧瓦。3 低压膨胀机结构及润滑油流程低压膨胀机结构主要由膨胀机壳体、转子轴、叶轮、轴承、键、背冒螺栓、隔热盘、背压密封、密封胶圈及温度探头、振动探头等组成。其辅助系统有增压机、密封气系统、冷吹系统、蓄压器、平衡阀等。低压膨胀机轴承与轴润滑采用 L-TSA68号汽轮机油进行润滑，润滑油粘度指标为55.08～82.28mm2/s,闪点（开口）指标为≥185℃。润滑油流程是油箱-粗过滤器-油泵-润滑油水冷却器-双联过滤器-管线阀门-机前过滤器-膨胀机轴、轴承等部位进行润滑。4 故障排查及分析4.1 检查仪表系统察看低膨胀机轴承回油温度现场数据与主控室计算机显示轴承温度数据对照，再与用红外线测温仪进行测量数据对照，测量数据基本相同，误差 2℃左右；检查低膨胀机温度探头安装情况，探头安装松动或探头线性不好，也会影响数据变化，对现场温度进行重新校验，重新确认仪表探头灵敏度，检查未发现任何异常。4.2 检查油箱润滑油化验指标、温度和压力润滑油化验指标中影响轴承温度主运动粘度和闪电。运动粘度高于标准值时，轴颈与轴承之间油膜运动阻力大，运动产生热量不能及时带走，易造成低压膨胀机轴承温度高；运动粘度小于标准值时，轴颈与轴承之间油膜厚度变薄，无法形成动压润滑，轴与轴承间为边界摩擦，此时摩擦因数几倍于液体润滑，轴与轴承间产生热量大，易造成低压膨胀机轴承温度高；润滑油闪电低，轴颈与轴承之间无法形成油膜或形成油膜变薄，轴与轴承间为边界摩擦，易造成低压膨胀机轴承温度高。油箱中润滑油温度对轴承影响，油箱温度过高（正常油箱温度为 58℃），而润滑油水冷却器换热面积是一定，润滑油温度也相应变高，造成低压膨胀机轴承温度升高，油箱压力对轴承温度影响，油箱压力过高，直接影响润滑油回油箱速度，这样也易造成低压膨胀机轴承温度升高。，要保证低压膨胀机轴承温度不高，必须控制好润滑油化验指标、油箱温度和压力。4.3 润滑油水冷却器换热效果膨胀机润滑油水冷却器是随机引进换热器 ,换热面积为34m2 ,管束采用铜材质,铜材质换热效果好于其他材质,介质为循环水,设计来/回水温度为30/60℃，壳程介质为润滑油，设计进/出润滑油温度为 60/40℃。来水温度高，水冷却器换热后，润滑油温度降不下来，造成低压膨胀机轴承温度升高。润滑油水冷却器换热效果，水冷却器长时间使用，管壁结垢，沉积泥砂堵塞等水冷却器换热效果差，造成低压膨胀机轴承温度高。保证措施是定期对润滑油水冷却器进行清洗，另外控制好动力循环水来水温度，来水温度控制30℃以内。4.4 检查油泵运行参数油泵流量为216L/min,进口压力为0.5MPa，出口压力为 4.86MPa。油泵出口压力低，油泵供油量不足，润滑油循环减慢，润滑油不能正常工作，无法满足轴承及密封润滑，易造成轴承温度高。这种情况可能是油泵密封损坏，泄漏量大造成，或是油泵进口过滤气堵塞造成，也可能是泵叶轮损坏而致，经检查现场油泵出口压力为4.5MPa，满足膨胀机运行需要。4.5 检查管线回油汇管多年运行积垢多不畅通，影响轴承回油量，或是调节阀堵塞开关不灵活，造成油路不畅通，影响轴承温度等。停机时，对膨胀机所有润滑油管路和调节阀进行检查、清洗，同时用仪表风进行吹扫管线，未发现任何异物。4.6 检查膨胀机配件质量目前，膨胀机配件都使用国产化研制加工配件，轴承是由四川简阳低温设备厂加工配件，怀疑有质量问题，轴承回油孔方位不对或孔小，造成回油不畅通，与引进配件对比，同时检查油孔是否有堵塞，并用仪表风进行吹扫，未发现异常。检查隔热盘回油孔存堵塞现象，经检查轴承及隔热盘。造成低压膨胀机轴承温度原因。4.7 检查配合间隙轴承与轴配合间隙过小，造成轴承与轴之间油膜厚度过小，致使轴承与轴颈产生边缘摩擦，造成轴承温度过高。经检查维修记录，装配尺寸符合规程要求。4.8 密封气压力调节不正确防止油进入到工艺气体中，或工艺气体和油接触，迷宫密封中间注入一股密封气，密封气流量稍高于从密封中泄漏量，密封气压差为0.15MPa。另外，密封气中不能含有重烃，重烃会造成润滑油粘度下降。经检查未发现异常。4.9 仪表软件故障从现场逐一排查，未找到膨胀机轴承温度高根源，检查计算机程序系统，经检查发现仪表软件故障所致，故障排除后，膨胀机运行轴承温度正常，参数见表2。 表2 膨胀机组故障排除后运行参数日期X0302X0301油箱温度 /℃冷却器出口温度 /℃转速 /(r/min)轴承温度 /℃回油温度 /℃转速 /(r/min)轴承温度 /℃回油温度 /℃2005.5.21340006056.13200050.96157462005.5.22342005955.83210052.16158452005.5.23346005856.2323005259.55746.12005.5.24381005956.43640051.4615745.55 结论膨胀机组是深冷站制冷系统主要机组，要保证膨胀机组平稳、高效运行，降低故障频率，就必需严格控制机组运行参数，保证机组最佳状态下运行，同时把好配件质量关和维修质量关，减少停车次数，避免损害膨胀机。下一篇：高速精密角接触球轴承的安装
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