TA6000空压机主轴轴承快速磨损原因解析

TA6000空压机主轴轴承快速磨损原因解析

李湖帝,苏争光

中国石化股份有限公司巴陵分公司煤化工部 湖南 岳阳 414003

摘要：

    通过对TA6000空压机主轴驱动端轴承组快速磨损的解体情况以及前几次大修与上次大修的情况对比进行原因分析，制定相应的措施。措施实施后机组检修和运行都回归正常，与较早前几次机组检修及运行情况基本一样。充分证明了此次TA6000空压机主轴驱动端轴承组快速磨损的就是由主动齿轮轴的定位偏移为主、该轴承组的质量和安装偏差为辅引起的。

关键词：

轴承组  磨损  主动轴  定位  偏移  质量安装  偏差

一、空压机概况

1、设备故障情况

某装置TA6000空压机为双氧水二水装置萃取双氧水提供空气，于2003年11月投用。2019年1月双氧水二水开始实行工艺改造，历时半年多，TA6000空压机也进行一次全面大修，于6月底检修完成，随装置于8月中旬开车，开车以来一切正常，9月16日巡检时发现机组运行声音异常，经在线设备检查发现齿轮箱主动齿轮驱动端轴承有磨损情况，且振动越来越大，考虑机组运行安全决定于9月21日停车抢修。

2、主设备属性、参数一览表

二、解体检查及上次检修情况

1、设备解体检查情况

9月21日对设备进行解体，发现主轴前端（驱动端）轴承组（SKF 7215）外圈远驱动端磨损严重，内圈近驱动端端磨损严重，钢珠点蚀严重，轴承组间4个强制润滑油注油孔注油面积仅为原来的一半，也就是说原来的轴承外圈在两轴承紧靠处加工有4个均分4*2mm凹槽，而磨损的轴承此处只有4个4*1mm凹槽。其余未见异常。

2、设备上次检修情况

2019年K2901双氧水空压机大修应事业部要求于二水浆态床改造时同步进行，也就是在春节前将设备解体，解体后未发现设备各部件有什么问题，因将近年关于，没有安排加班将设备进行回装，如零部件一直保存在钳工班内。待3月份更换了主轴轴承，调整各油封、气封、一、二级转子轴瓦间隙至合格，更换各密封O环后进行设备回装。前面都比较顺利，回装至调整泵盖与叶轮间隙时出现了问题，无法如前几次方法进行调整。

原方法是在齿轮箱主轴和一、二级转子定位后，依次在一、二级转子轴向打一百分表，在泵盖与蜗壳圆周均分放4条合适的铅条，将泵盖进行预回装，均匀紧固到一定位置时泵盖即可以与叶轮接触到，接触后百分表就有读数，至0.2mm左右时拆下泵盖，测量铅条厚度，取平均值，加上百分表读数，加上此处叶轮与泵盖间的间隙值，得一厚度值，制作4个大小合适这个厚度U形平垫，均分插于泵盖与蜗壳的螺栓处，回装泵盖后就能得到泵盖与叶轮应该有的轴向间隙。而我们此次出现的问题就是预装泵盖时，泵盖与叶轮无法把触角到。

经多次重装转子、齿轮箱各部件泵盖依然无法接触到叶轮，后事业部设备室建议采用转子、齿轮箱各部件如原来安装后，在泵盖与蜗壳间均分放4块稍薄于原调整垫厚度的同厚垫片，将泵盖紧固到位，分别在一、二级转子轴向打上百分表，调零后缓慢吊出主轴，此时应监控百分表情况，确保百分表表架没有变化，在百分表没有变化情况下将一、二级转子推向泵盖，得一测量值，与要求的叶轮与泵盖间间隙值比较，将垫片厚度进行调整使之叶轮与泵盖间间隙在要求范围内。

采用以上方法制作的调整垫比原拆下的调整垫薄了1mm。提规范依序回装后多次试车，有两次因振值高跳停，多次正常开启，8月中旬装置开车时，TA6000也正常开车了。

三、原因分析

1、主轴定位偏移

1.1、主轴定位偏移的确认

从上次检修出现的情况分析，一、二级转子位置与以前比较应该是往驱动端走了1mm左右，致使调整叶轮与泵盖间间隙时泵盖无法接触到叶轮，而一、二级转子又是通过一、二级转子齿轮两端台阶卡住主动齿轮（0.2mm左右间隙）进行定位的，也就是主动齿轮轴往驱动端移动1mm左右。组装主动齿轮轴时，在装驱动端轴承（7215）前于轴台处加装一1mm左右垫子，即可将主动齿轮轴、一、二级转子恢复到以往的位置。

而这个垫子也是我们上次大修有争议的地方，因拆卸解体到回装跨的时间较长，钳工师傅们认为这地方原来没有垫子，我记得却是有的，但存放备件处又找不到了，经事业部设备室确认，此处暂不装垫子。

此次大修因时间跨度较大、同志们记忆缺失、备件存放不规范导致机组主动齿轮轴、一、二级转子与前几次大修比较往驱动端移动1mm左右。

1.2、主轴定位偏移的后果，电机在磁力中心线偏离情况下运行

1.2.1、电机磁力中心线偏离

电机定子与转子完全对齐是电机运行的最理想状态，也就是电机在磁力线中心对齐下运行，但实际情况很难做到。零部件尺寸偏差的积累、生产制造过程与设计预期不符、电机运行过程中因负载（如风机、水泵）特性的特殊性均会导致电机定子、转子出现不同程度的轴向错位。定子、转子相互间的电磁力的作用总是趋向对齐，与错位的机械力形成作用力与反作用力，常常呈此消彼长的振荡状态，结果可能是电机振动值超差，轴承润滑脂在激振力作用下流失，轴承因干磨和周期性轴向力的双重作用而损毁。

1.2.2、电机在磁力中心线偏离的危害

a、由于定转子铁芯对不齐直接导致电机有效铁长不足，电机的空载电流会增大，电机温升会升高。

a、由于定转子铁芯对不齐直接导致电机有效铁长不足，电机的空载电流会增大，电机温升会升高。

b、因定转子铁芯对不齐，电机通电后定子和转子会自动调整磁力中心线，致使电机转子轴向机械位置周期性振荡，电机轴承润滑脂流失，轴承干磨烧损散架，导致电机轴抱死烧毁。

C、电机的轴向位移或窜动冲击与电机联接的设备，同样会导致设备受损。

D、振动噪声问题加剧或产生杂音

1.2.3、K2901电机磁力中心线偏离的确认

由上1.1处压缩机主轴往驱动端偏离已得到确认，压缩机主轴通过模片联轴器连接着电机转子主轴。压缩机主轴往驱动端偏离1mm，导致电机转子也往远联轴器端偏离1mm，定、转子磁力中心偏离1mm。

定、转子磁力中心偏离致使电机转子轴向机械位置周期性振荡，电机联接的压缩机主轴也随着轴向窜动冲击压缩机主轴上的定位轴承（7215）。拆检时发现的此处轴承磨损也印正着电机定、转子磁力中心发生了偏离。

2、磨损轴承的质量和安装偏差

2.1、磨损轴承的质量偏差

2.1.1磨损轴承的质量偏差情况

    原主动齿轮轴驱动端一直使用的轴承为库伯公司主机厂备件，此次大修此处使用的轴承是物装部提供由供应商用SKF 7215轴承改装，外形基本相同，但在强制润滑注油孔面积上有较大差别，主机厂的轴承外圈薄面加工有4个均分4*2mm凹槽，而磨损的轴承此处只有4个4*1mm凹槽；主机厂的轴承外圈薄面有整圈圆润油槽，而磨损的轴承此处有明显机加油槽。

2.1.2磨损轴承的质量偏差的影响

    主动齿轮轴驱动端轴承组采用面对面安装，也就是两轴承外圈薄边靠紧安装，4个注油槽对齐形成4个4*4mm的注油孔，由油泵通过齿轮箱上油管往轴承组面对面组装形成的油槽加油，由注油孔注入轴承内。润滑油在摩擦面间形成油膜,消除可减少干摩擦；

带走大部分摩擦所消耗的能量转化为热量；并将磨损下来的金属碎屑带走；在摩擦面上形成油膜,对设备的振动起一定的缓冲作用。而磨损的轴承组装形成的是4个4*2mm的注油孔，润滑油供应明显减半。润滑油的供应不足就导致可减少干摩擦无法全部消除；摩擦所消耗的能量转化为热量无法大部份带走；磨损下来的金属碎屑也无法全部带走，所有的这些情况都加速了轴承组的磨损。

2.2、磨损轴承的安装偏差

2.2.1、磨损轴承的安装偏差情况

主动齿轮轴驱动端轴承组采用面对面安装，内圈过盈配合装于主动齿轮轴驱动端，外圈间隙配合装于轴承套内，轴承套的轴向定位利用两半圆钢振于齿轮箱上下盖之上，径向定位则利用齿轮箱上下盖紧固后进行定位。轴承组径向定位于轴承套内，轴向则一侧利用轴承内侧台阶，另一侧利用主轴与齿轮箱的端盖紧固到齿轮箱上进行定位。此处轴承组为角接触球轴承，单个角接触球轴承是没有轴向游隙之说的，只有当两个角接触球轴承配对使用时，才会有轴向游隙之说，两个角接触球轴承配对之后，需要人工去调整轴承轴向游隙。轴承最好的工作状态就是轴承的工作游隙为0的时候。当轴受热伸长时，轴承游隙减小，在轴承组冷装时，一般在此处预留0.02-0.05mm间隙以轴承运行温升后进行轴向游隙的自我调整。

轴承游隙的调整和预紧通常都是采用使轴承的内圈对外圈作适当的轴向相对位移的方法来完成的。根据运转部件对轴承游隙的要求，在轴承安装时可对游隙进行调整。径向游隙可用与轴承配合的类别来调整，如需要较小的游隙时，用过盈配合来收缩轴承外圈得到较小的游隙，用过渡配合可得到较大的游隙。轴向游隙则可在轴承组压紧端盖内、外圈加适当调整垫进行调整。

而钳工师傅紧固此端盖时，未进行轴承组的轴向游隙测量与调整，仅仅只是将端盖进行了紧固。

2.2.2、磨损轴承的安装偏差影响

    在轴承组装配技术要求中，一般对于高速、重载或旋转精度要求较高的轴承会有调整轴承游隙或预紧的要求，反之，则会保持轴承游隙，装配时仅作轴向固定即可。而TA6000在旋转精度要求较高，师傅们未预留轴向间隙。机器运行后轴受热伸长，轴承组游隙减小，甚至会有一定预紧力，造成轴承组的磨损。轴承游隙未进行调整，摩擦会有所加剧，产生的热量会使整个传动系统温度有所升高。如果不能及时散热，这些热量就会使传动零件尺寸发生变化，从而影响到滚动轴承间隙的变化，产生更多的热量，形成恶性循环。

四、解决的措施

1、精准定位主动齿轮轴的位置

    主动齿轮轴组装时，在驱动端轴承安装前，在此轴台处加一轴承内圈大小、1mm厚的垫片，以便主动齿轮轴安装于齿轮箱上后，主动齿轮轴和一、二级转子定位于以前定位的位置。

2、严控轴承组的质量

    申报主机厂轴承组备件，跟踪物装公司和供货公司，确保轴承组由主机厂供货。到货后将轴承组与原几次更换下的轴承组进行比对，确保备件的质量。

3、精细执行轴承组的装配

无论是轴承组组装到主动齿轮轴上还是轴承组随主动齿轮轴安装到齿轮箱上，都应严格执行轴承组的安装工艺要求。特别是主轴端盖紧固时轴承组的游隙或间隙的测量和预留更应精细执行，预留间隙0.02-0.05mm。

五、实施效果

2019年9月主动齿轮轴驱动端轴承磨损抢修时，由于主机厂的轴承组备件不能及时到货，仅以两件SKF 7215轴承加工出合格的油槽和注油孔代替；主轴端盖紧固时轴承组的游隙严格按要求预留；一、二级转子叶轮与泵盖间间隙按上次检修测量控制，开车时叶轮仍有刮擦现象。2019年11月事业部全系统机会检修，而主机厂的轴承组备件也已到货，经检验是合格的，我们利用此次机会检修的机会再一次对TA6000进行了大修，主动齿轮轴组装时，在驱动端轴承安装前，在此轴台处加一轴承内圈大小、1mm厚的垫片；更换上了主机厂提供的合格轴承组；主轴端盖紧固时轴承组的游隙严格按要求预留；电机电磁中心线进行复查和轴系轴向距离进行合理调整。开车至今，一年半多的时间内机组多次随装置开停车和长时间运行，它一直非常正常，恢复到了较早前的几次大修后的机组状态。

六、结论

主要是主轴定位偏移所造成电机定、转子磁力中心线偏离，加上轴承组的质量和安装偏差综合辅助作用，是此次K2901主轴驱动端轴承组快速磨损的根本原因

主轴定位前置造成电机定、转子电磁中心线偏离，转子轴向振荡冲击，通过联轴器传递到主动齿轮轴，冲击轴承组，造成轴承组的磨损；加上紧固轴承组时未进行轴承组的轴向游隙测量和预留，机器运行后轴受热伸长，轴承组游隙减小甚至产生预紧力；再轴承组注油孔通流面积的减半，造成轴承组没有良好的润滑，以减少摩擦，更重要的是不断循环流动的润滑油没有带走轴承磨损所散发的热量，控制温度的升高，实现传动系统的热平衡，都加剧了轴承组的磨损。