深冷低压膨胀机轴承温度过高的原因分析

深冷装置采用的膨胀机属于速度型透平膨胀机,以天然气流动时速度的变化来传递能量,高压天然气在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,达到制冷目的。膨胀叶轮属于径轴流反动向心闭式叶轮,同轴制动的离心增压机的叶轮为半开式，膨胀机和增压机都是单机的。膨胀机是深冷站制冷系统的主要设备，它担负着制冷和回收能量的重要作用。高、低压膨胀机的设计流量分别为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℃。通过分析得出了影响膨胀机轴承温度的主要因素有润滑油、水冷却器、密封气、配件质量、维修质量等，其中润滑油的油膜厚度是制约轴承温度的主要原因，而轴承温度是影响膨胀机长周期、高效运行的关键。

1 　膨胀机组存在的问题

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，制冷负温在-50℃左右，与设计制冷温度相差甚远。

2  膨胀机轴承润滑机理

膨胀机的轴和轴承的润滑、冷却主要是靠润滑油，润滑油的主要作用是为轴、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的动压油膜，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，摩擦副间脱落的金属屑、杂质被润滑油带走，减轻磨料磨损，带走摩擦产生的热量，防止轴与轴承温度过高而烧瓦。

3  低压膨胀机的结构及润滑油流程

低压膨胀机的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。

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低压膨胀机的轴承与轴的润滑采用

L-TSA68号汽轮机油进行润滑，润滑油的粘度指标为55.08～82.28mm2/s,闪点（开口）指标为≥185℃。润滑油的流程是油箱-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-膨胀机的轴、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的轴承温度数据对照，再与用红外线测温仪进行测量数据对照，测量的数据基本相同，误差在 2℃左右；检查低膨胀机温度探头安装情况，如果探头安装松动或探头线性不好，也会影响数据变化，对现场的温度进行重新校验，重新确认仪表探头的灵敏度，通过检查未发现任何异常。

4.2  检查油箱的润滑油的化验指标、温度和压力

润滑油化验指标中影响轴承温度的主要是运动粘度和闪电。运动粘度高于标准值时，轴颈与轴承之间油膜的运动阻力大，运动产生的热量不能及时带走，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，此时的摩擦因数几倍于液体润滑，轴与轴承间产生的热量大，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的油膜变薄，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的影响，油箱温度过高（正常油箱温度为58℃），而润滑油水冷却器的换热面积是一定的，润滑油的温度也相应变高，造成低压膨胀机轴承温度升高，油箱压力对轴承温度的影响，油箱压力过高，直接影响润滑油回油箱的速度，这样也易造成低压膨胀机轴承温度升高。因此，要保证低压膨胀机轴承温度不高，必须控制好润滑油的化验指标、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的换热器 ,换热面积为34m2 ,管束采用铜材质,铜材质的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，经过水冷却器换热后，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，由于水冷却器长时间使用，管壁结垢，沉积泥砂的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，另外控制好动力的循环水来水温度，来水温度控制在30℃以内。

4.4 检查油泵的运行参数

油泵的流量为216L/min,进口压力为0.5MPa，出口压力为4.86MPa。如果油泵的出口压力低，油泵的供油量不足，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的润滑，易造成轴承温度高。这种情况可能是油泵密封损坏，泄漏量大造成的，或是油泵进口过滤气堵塞造成的，也可能是泵叶轮损坏而致，经检查现场油泵的出口压力为4.5MPa，满足膨胀机运行需要。

4.5  检查管线

回油的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。在停机时，对膨胀机的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  检查膨胀机的配件质量

目前，膨胀机的配件都使用国产化研制加工的配件，轴承是由四川简阳低温设备厂加工的配件，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。检查隔热盘的回油孔存在堵塞的现象，经检查轴承及隔热盘。不是造成低压膨胀机轴承温度的原因。

4.7  检查配合间隙

轴承与轴的配合间隙过小，造成轴承与轴之间的油膜厚度过小，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  密封气的压力调节不正确

为了防止油进入到工艺气体中，或工艺气体和油接触，在迷宫密封中间注入一股密封气，密封气的流量稍高于从密封中的泄漏量，密封气的压差为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的根源，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，

5　 结论

膨胀机组是深冷站制冷系统的主要机组，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的运行参数，保证机组在最佳状态下运行，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。

(大国龙腾运转世界 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦 )

冷辗扩的工艺原理及优劣势

冷辗扩加工是一种少、无切削的新工艺，由于精密冷辗扩能最大限度地使工件形状和精度接近于成品零件的形状和精度，并可显著改善工件的内在质量，世界各国都在致力于冷辗扩技术的开发研究，并已在批量生产中实际应用。如英国FORMFIO公司的冷辗生产线，德国SKF公司的EMB型封闭成型扩孔机冷辗生产线，德国宝飞螺（巴德杜本）的URWA型全自动轴承套圈冷辗机，日本共荣的CRF型冷辗机等，其中德国和日本的设备在国内轴承行业已有少量引进。

虽然国内很多企业对冷辗技术的关注不断增加，但受制于原材料质量、毛坯重量与精度、冷辗工艺以及缺乏高性价比的设备等原因，轴承套圈冷辗技术一直未能得到广泛应用，因此了解冷辗扩的工作原理、工艺以及所存在的优劣势，有助于企业对于冷辗扩的应用作出正确选择。

一、冷辗扩的工作原理

1、精密冷辗技术是在常温下将环形回转类零件采用挤压进而塑性变形而得到成品件的一种冷加工成形方法。冷辗扩的工作理是由一个主驱动的成型辗轮来成形外表面形状，一个从动的成型芯棒来成形内表面形状，芯棒和工件由支承轮支承，辗压工件时，辗轮带动工件旋转，芯棒在与进给装置固联的支承轮的推动下挤压工件，从而实现工件的辗压。

2、冷辗扩阶段分析

在冷辗压过程中，辗压力不是个常数，其随着进给的行程变化，有着明显的阶段性，冷辗压力与行程关系一般可分为三个阶段：

第Ⅰ阶段——压紧变形阶段。辗压开始，支承轮机构开始进给，辗压力必须克服金属内部的变形阻力以及坯料与模具间的摩擦力，使所有的金属晶格完全被压紧，金属材料开始产生塑性变形，辗压力急剧增高。

第Ⅱ阶段——稳定变形阶段。支承轮机构继续进给，迫使金属继续流动。在这阶段中，只改变坯料高度，变形区稳定不变，塑性变形区高度不随时间而改变，压力也不随行程而变化，故称为此阶段内的塑性变形区高度称为稳定塑性变形区高度。该高度可根据当辗压力达到某一最小值时，才可产生稳定变形的原理来确定。

第Ⅲ阶段——当坯料的残留厚度超过稳定变形区高度以后，如支承轮机构继续向前运动时，辗压力又急剧上升。

由上述分析可知，第二阶段结束时，如果继续辗压，压力就急剧增加。因此，此时必须结束辗压，否则模具或辗扩机就较易损坏。

当第二阶段完成时就结束整个辗压过程，那么，此时辗压余料的厚度就等于稳定变形区的高度。如果第二阶段结束时仍继续辗压，此时压力会急剧升高。若限制升高值不超出模具的许用单位压力，并按此原理求得的辗压余料的厚度，这样即可充分发挥模具材料的能力，又可节省原材料的损耗。此时辗压余料的厚度应小于稳定变形区的高度。一般情况下，第二阶段辗压即告结束。

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二、冷辗扩的主要应用工艺

1、按应用方式一般分为精密冷辗和粗辗两种。

国外最多采用的是粗辗。一般情况下形状复杂和小尺寸的套圈采用精辗工艺较多，规格较大（一般308以上）基本采用粗辗，SKF不建议采用精辗。

精密冷辗优势是沟道、倒角不用车，劣势是模具要求高，变形大影响磨削率。

粗辗优势是容易控制，不影响磨削效率，生产布局简单。劣势是精度不足，后续车加工工作量较大。

2、按冷辗前毛坯种类分为锻件冷辗成型和钢管套圈冷辗成型两种

上述工艺应根据用户实际条件、经济性、成品要求等进行选择，但不管采用何种工艺，对于毛坯的材质要求、毛坯硬度、毛坯重量控制都是一样的。

3、一般冷辗成型后需要进行整径，以保证套圈精度。

三、冷辗扩的优劣势

1、优势

1）可以降低原材料的消耗，与传统的车削加工的方式相比，精密冷辗加工可使材料节省率提高10％～15％以上；

2）可以一次完成复杂表面的成型加工，提高劳动生产率；

3）可以改善零件的机械性能，冷辗压变形后，金属材料的晶粒组织更加致密，金属流线不变，没有切断，材料的抗疲劳强度提高；

4）冷辗扩可以减少材料消耗和缩短加工时间，降低了生产成本。

2、不足之处

1）磨具加工难度和磨具使用成本较高；

2）工艺掌握困难，使用难度较高；

3）套圈容易产生微裂纹现象；

4）形状误差相对较大（尺寸越大误差越大），因变形大而影响后续磨削效率；

5）对毛坯质量要求较高：冷辗用毛坯应具一定的精度，毛坯重量误差不得超过0.5％，毛坯硬度要求均匀一致，不得有裂纹和明显脱碳等。

6）由于国内缺乏有经验的工艺技术、操作维护的人员，企业需要自行摸索经验，因此从设备引进到成熟应用一般需要很长的周期。

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