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海上油田动力设备滑动轴承故障分析

本文主要基于燃气轮机机组一种滑动轴承故障现象，分析海上油田润滑故障的主要影响因素，确定了故障原因，并给出了相应对策。
机械设备润滑故障在设备机械故障中所占的比例越来越大 ,不少专家认为解决了设备的润滑故障就等于解决了设备80 %机械故障。大型旋转设备，如电站汽轮机、燃气轮机等，通常采纳滑动轴承支撑，而滑动轴承一旦发生润滑故障，对机组的安全运行往往会造成严重威胁。因此，分析和研究滑动轴承润滑故障，意义显著。中海石油〔中国〕湛江分公司广泛采纳燃气轮机机组作为海上油田主要动力设备，而由于机组工作环境特别，修理困难，因此，强化机组的滑动轴承润滑监控与管理尤为重要。
本文主要针对中海石油〔中国〕湛江分公司海上油田主要动力设备的一种滑动轴承故障现象，分析海上油田滑动轴承润滑故障的主要影响因素，确定了故障原因，并给出了相应对策。
故障描述
中海中海石油〔中国〕湛江分公司采纳SIEMENS公司的Typhoon机组作为海上油田发电机组，额定功率5200kW。
润滑油采纳的是美孚DTE系列VG46号滑油。美孚石油公司的DTE系列滑油，是常用的涡轮、齿轮、轴承、压缩机、真空泵及液压系统循环油。该系列滑油是由高度精练的基础油加上抗氧化及防锈剂配制而成，不易乳化，具有优异的防锈防腐蚀性能，包括抗盐水腐蚀，以及优良的抗磨损性能。
2008年初，湛江分公司涠洲终端GTG 1101B机组发生故障。机组启动时，轴振偏高，报警停机。开机检修发现，透平入口侧承受径向载荷的滑动轴承〔即图1中编号27的部件〕受损严重，从而导致机组振动过高，无法正常运行。
滑动轴承常见故障及其影响因素
滑动轴承常见故障包括磨损失效、气蚀失效、油膜涡动及油膜振荡、轴瓦温度过高等。

磨损失效包括磨粒磨损、粘着磨损、疲惫磨损及腐蚀磨损。
磨粒磨损通常是轴承表面与硬质颗粒发生摩擦，造成轴承表面划伤，材料脱落。关于燃气轮机机组，润滑油循环使用，可能带来系统其它部位磨损的金属颗粒，从而造成滑动轴承磨粒磨损。此外，滑油受到泥沙、灰尘等污染，也容易造成滑动轴承磨粒磨损。
粘着磨损是滑动轴承表面局部点被撕脱，形成凹坑或凹槽的一种磨损现象。由于轴承实际接触面上应力分布不均匀，某些点接触应力过高，形成粘着点，相对滑动时会造成显然的磨损。关于燃气轮机机组，不平衡、不对中等因素往往很容易造成滑动轴承粘着磨损。
疲惫磨损失效是滑动轴承的一种常见故障。疲惫会使轴承首先产生裂痕，继而裂痕扩大，最终形成疲惫剥落。剥落坑通常呈大小不一的形状，有时呈疏松的点状，有时呈虫孔状。轴承的疲惫源主要有轴承表面受到的交变应力，工作时磨擦热和咬粘现象产生的热应力，以及铅相腐蚀和渗出形成的疲惫源。
腐蚀磨损包括电化学腐蚀、酸腐蚀、硫化物腐蚀等。通常润滑油氧化、酸化、乳化都会加速滑动轴承的腐蚀磨损。关于海上油田的燃气轮机机组，由于所处环境潮湿，且盐雾频繁，润滑油容易被氧化、酸化、乳化。因此，腐蚀磨损是海上油田滑动轴承常见的一种失效形式。
滑动轴承磨损失效的原因还有很多，如滑油供油不良、滑油温度偏高而碳化，都会造成滑动轴承的磨损失效。

气蚀失效是润滑油中的小油蒸气气泡，在滑动轴承压力较高区域破裂形成的压力波造成。滑动轴承发生气蚀失效，通常会在轴承表面出现不规则的剥落，但这种剥落一般较稍微。

轴承油膜涡动及油膜振荡，是由轴承油膜作用力引起的自激振动造成的。通常，滑油温度或油质异常会引起油膜涡动及油膜振荡。

轴承承载能力不够，滑油供油不充分，油质劣化，油膜涡动剧烈，机组超载运行等等因素，都会导致轴瓦温度过高。轴瓦温度偏高会加剧疲惫磨损，缩短轴承寿命；温度过高时，甚至会出现烧瓦、拉罐等现象，导致轴承失效。
故障分析及处理
仔细观察图2及图3，可以发现，滑动轴承下半区较上半区受损更为严重，这与旋转机械运行时受重力影响有关。此外，还可以发现，滑动轴承上半区只有少量磨损造成的线性痕迹，可与主轴外表面周向的磨损痕迹对应；而轴承下半区则不单单有磨损造成的线性痕迹，还有由温度过高造成大块的烧蚀块。依据这些现象，可以确定滑动轴承的故障类型为磨损失效或轴瓦温度过高导致失效。
由于机组工作环境潮湿，且多盐雾，润滑油在这种环境下长期循环使用，容易氧化、乳化、酸化。润滑油的氧化、乳化、酸化，都会导致滑油粘度下降，滑动轴承工作表面不能形成优良的油膜，降低滑油的润滑效果，使金属处于直接接触的摩擦状态，应力集中严重，摩擦磨损严重，发热大，造成滑动轴承磨损甚至烧损。但是，合计到该机组2007年才安装调试完成，运行时间较短；而选用的滑油又不易乳化，具有优良的抗氧化性、防腐蚀性及抗磨损性。因此，可以排除滑油性能变化从而导致滑动轴承润滑故障。
不但滑油性能变化会导致润滑故障，滑油供油量不够也会导致润滑故障。供油量不够，会造成部分轴承工作面不能充分形成油膜，从而导致边界摩擦，甚至干摩擦，引起轴承摩擦副磨损或者烧损。
依据这一思路，结合SIEMENS公司专家指导看法，改换滑动轴承后，采用了如下对策：3.1.清洗过滤器及滤芯，保证油路畅通，避免供油量不够。
3.2.检查滑油泵，保证滑油供油压力及供油量。
3.3.强化管道密封，堵塞漏油通道。
再次启动后，机组运行正常。由此，可以确定，此次滑动轴承磨损及烧损是由于润滑油供给不够导致。
4.1.涠洲终端GTG 1101B机组2008年发生的滑动轴承润滑故障是由润滑油供给不够导致的。
4.2.滑动轴承润滑故障的影响因素繁多，需综合合计各方面的影响因素。
4.3.海上油田动力设备由于工作环境潮湿，且多盐雾，润滑油容易氧化、乳化、酸化。因此，需正确合理的选用及使用润滑油。
4.4.润滑故障在马上发生或刚开始发生之时，可以监测到温度、噪声、振动等一系列的参数的异常变化。及早发现这些异常，多做早期故障诊断，强化设备的修理保养，把机械设备的利用率提升到最高程度。
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