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低溫液氧泵電機軸承裝置的改造
2013-06-07
張雷 周全 謝先峰
（大連深藍泵業有限公司）
（大連深藍泵業有限公司）
目前，國內2.8萬以上內壓縮流程空分裝置中，均用的是低溫離心液氧泵。大連大化（松木島）3萬內壓縮流程空分裝置中用的低溫離心液氧泵，在運行過程中出現電機軸承發熱現象，導致系統連續跳車，無法正常生產。本文針對大連大化（松木島）3萬內壓縮流程空分裝置低溫離心液氧泵電機軸承發熱現象進行了分析，并提出了改造措施，Z后采用了措施中的方案2，該措施簡單易行，效果明顯。
圖1
引言
大連大化（松木島）30萬噸/年合成氨項目，配套兩套2.8萬空分，空分的設計廠家為開封空分集團，每套空分配套兩臺低溫離心液氧泵。該泵為瑞士的CRYOMEC公司生產制造，泵參數：流量32.1m3/h，揚程1004m，轉速4943r/min；電機為變頻電機，功率225kw，電壓380V，頻率83Hz；電機的前軸承為一對角接觸球軸承（SKF軸承）7214ACDGA-P4A，后軸承為單個深溝球軸承（AKN軸承）6314-C3 SQ77；軸承采用脂潤滑；前軸承處設一對雙支鉑電阻測溫，繞組設PTC測溫；電機采用風扇冷卻。
故障現象
2010年04月份空分裝置開車，A套空分兩臺液氧泵電機均出現電機前軸承發熱現象，瞬間升至110℃以上，聯鎖跳車。停車后對兩臺液氧泵的電機進行拆檢，發現前軸承出現燒焦現象，保持架破裂，滾珠體出現劃痕，無法使用。
原因分析
該泵的結構為立式多級結構；電機為特殊設計的電機；電機前軸承承受泵的殘余軸向力：轉速較高（頻率83Hz）；前軸承為一對角接觸球軸承，布置遠離風扇的位置；潤滑方式為脂潤滑。
1）立式結構及配對角接觸軸承的影響。立式電機，配置成對角接觸軸承，采用脂潤滑方式進行潤滑，當轉速及溫度上升時，潤滑脂的粘度會降低，上部軸承的潤滑效果將降低，繼而導致軸承發熱。
2）殘余軸向力的影響。電機前軸承承受殘余軸向力約650kg，遠離電機方向，雖然負荷在軸承承受的負荷之內，但隨著工況的波動，力的大小和方向會不斷改變，同樣帶來軸承的發熱問題。
3）高轉速的影響。高轉速也會帶來軸承發熱的問題；同時高轉速的變頻電機的設計理論不是很成熟，大多靠經驗設計，頻繁的電壓和電流改變會帶來繞組發熱，繼而使軸承發熱。
4）遠離風扇布置及脂潤滑的影響。遠離風扇的布置方式，不利于軸承熱量的帶走；同時脂潤滑雖然有一定的好處，但在該種工況，不利于軸承熱量的釋放。
小結：該種工況雖然條件較為苛刻，但根本原因是電機的設計存在一定的問題，軸承產生的熱量不能被有效的帶走。
大連大化（松木島）30萬噸/年合成氨項目，配套兩套2.8萬空分，空分的設計廠家為開封空分集團，每套空分配套兩臺低溫離心液氧泵。該泵為瑞士的CRYOMEC公司生產制造，泵參數：流量32.1m3/h，揚程1004m，轉速4943r/min；電機為變頻電機，功率225kw，電壓380V，頻率83Hz；電機的前軸承為一對角接觸球軸承（SKF軸承）7214ACDGA-P4A，后軸承為單個深溝球軸承（AKN軸承）6314-C3 SQ77；軸承采用脂潤滑；前軸承處設一對雙支鉑電阻測溫，繞組設PTC測溫；電機采用風扇冷卻。
故障現象
2010年04月份空分裝置開車，A套空分兩臺液氧泵電機均出現電機前軸承發熱現象，瞬間升至110℃以上，聯鎖跳車。停車后對兩臺液氧泵的電機進行拆檢，發現前軸承出現燒焦現象，保持架破裂，滾珠體出現劃痕，無法使用。
原因分析
該泵的結構為立式多級結構；電機為特殊設計的電機；電機前軸承承受泵的殘余軸向力：轉速較高（頻率83Hz）；前軸承為一對角接觸球軸承，布置遠離風扇的位置；潤滑方式為脂潤滑。
1）立式結構及配對角接觸軸承的影響。立式電機，配置成對角接觸軸承，采用脂潤滑方式進行潤滑，當轉速及溫度上升時，潤滑脂的粘度會降低，上部軸承的潤滑效果將降低，繼而導致軸承發熱。
2）殘余軸向力的影響。電機前軸承承受殘余軸向力約650kg，遠離電機方向，雖然負荷在軸承承受的負荷之內，但隨著工況的波動，力的大小和方向會不斷改變，同樣帶來軸承的發熱問題。
3）高轉速的影響。高轉速也會帶來軸承發熱的問題；同時高轉速的變頻電機的設計理論不是很成熟，大多靠經驗設計，頻繁的電壓和電流改變會帶來繞組發熱，繼而使軸承發熱。
4）遠離風扇布置及脂潤滑的影響。遠離風扇的布置方式，不利于軸承熱量的帶走；同時脂潤滑雖然有一定的好處，但在該種工況，不利于軸承熱量的釋放。
小結：該種工況雖然條件較為苛刻，但根本原因是電機的設計存在一定的問題，軸承產生的熱量不能被有效的帶走。
圖2
改造措施
方案1：Z佳的電機配置方案顯然是：既降低電機的轉速，減小電機軸承承受的殘余軸向力，把軸承布置在靠近風扇的一側，同時采用油潤滑。但改動較大，成本太高。
方案2：（參見圖3、圖4）更換原有電機的前軸承蓋，在新的前軸承蓋上設水冷腔，接口尺寸為RC3/8，一進一出，利用現場的除鹽水，溫度50℃，水量3～4m3/h，通過水冷卻的方式，冷卻軸承。改動較小，成本較低。
方案1：Z佳的電機配置方案顯然是：既降低電機的轉速，減小電機軸承承受的殘余軸向力，把軸承布置在靠近風扇的一側，同時采用油潤滑。但改動較大，成本太高。
方案2：（參見圖3、圖4）更換原有電機的前軸承蓋，在新的前軸承蓋上設水冷腔，接口尺寸為RC3/8，一進一出，利用現場的除鹽水，溫度50℃，水量3～4m3/h，通過水冷卻的方式，冷卻軸承。改動較小，成本較低。
綜合比較采用第二種方案，有效地解決了軸承溫度過熱的問題。經驗證，整機現場安裝就位后，前軸承的溫度維持在75℃。
結束語
此種改造措施的成功，不僅解決了大化3萬空分裝置低溫離心液氧泵電機軸承溫度過熱的問題。同時該泵在國內的應用較多，類似的情況會相繼出現，此種改造措施會得到廣泛應用。
結束語
此種改造措施的成功，不僅解決了大化3萬空分裝置低溫離心液氧泵電機軸承溫度過熱的問題。同時該泵在國內的應用較多，類似的情況會相繼出現，此種改造措施會得到廣泛應用。
來源：《泵工程師》2012年2月
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