高压电机轴承甩油环的磨损及改造
发布时间：2013-09-04吕扬
（中原大化集团有限责任公司，河南濮阳 457004）
（中原大化集团有限责任公司，河南濮阳 457004）
中原大化集团有限责任公司尿素装置中的高压氨泵由1400kW、6kV高压电机驱动，该电机系意大利ANSALD0公司制造，型号为CT500Y2，额定转速2979r/min，采用滑动轴承，N32抗氨气轮机油甩油环润滑。自1991年投产以来，电机轴承温度一直偏高，夏季温度高达86℃以上。长期的非正常状态运行导致轴承及甩油环磨损严重，大量铜粉粘于轴颈上或落入油中，使滑动轴承和甩油环磨损加快，使用周期缩短，有时运行1周即需停泵清理和换油，严重影响尿素装置的正常生产。为此，对高压电机轴承甩油环进行了技术改造，运行效果良好，笔者简要介绍如下。
1 甩油环磨损原因分析
1.1 磨损机理分析
机械零件的加工表面是由众多的微突体和凹谷组成的。甩油环表面加工粗糙，这种粗糙的表面对摩擦、磨损和润滑都有重要影响。当零件表面接触时，实际接触面积比表观面积小得多，应力十分集中。在较高载荷作用下零件表面的微凸体相互作用，导致甩油环轴颈间发生粘着磨损。由粘着磨损定律可知：材料的磨损量与载荷成正比，与滑动距离成正比，与材料硬度成反比，随着时间的增加则金属转移量增加。当进入剧烈磨损阶段时，磨损急剧增加，金属转移量增多，达到一定程度后以鳞片状磨屑分离出来沉积于油中，沉积与分离不断地进行，从而将油严重污染。由于油中铜粉粒的存在又加剧了磨料及犁屑磨损，加快了轴承及甩油环的磨损。滑动轴承结构示意见图1，黄铜对钢的磨损曲线见图2。
1 甩油环磨损原因分析
1.1 磨损机理分析
机械零件的加工表面是由众多的微突体和凹谷组成的。甩油环表面加工粗糙，这种粗糙的表面对摩擦、磨损和润滑都有重要影响。当零件表面接触时，实际接触面积比表观面积小得多，应力十分集中。在较高载荷作用下零件表面的微凸体相互作用，导致甩油环轴颈间发生粘着磨损。由粘着磨损定律可知：材料的磨损量与载荷成正比，与滑动距离成正比，与材料硬度成反比，随着时间的增加则金属转移量增加。当进入剧烈磨损阶段时，磨损急剧增加，金属转移量增多，达到一定程度后以鳞片状磨屑分离出来沉积于油中，沉积与分离不断地进行，从而将油严重污染。由于油中铜粉粒的存在又加剧了磨料及犁屑磨损，加快了轴承及甩油环的磨损。滑动轴承结构示意见图1，黄铜对钢的磨损曲线见图2。
1.2 磨损系统分析
机械零件的磨损是由材质、设计结构、润滑条件、环境条件等因素组成的磨损系统综合作用的结果，其中任何一个因素变化都会影响零件的磨损。
（1）结构设计 该甩油环的运动形式是与轴颈的摩擦力相对于轴的滑动及滚动。由于其结构尺寸设计不尽合理，甩油环带油量不足，导致摩擦副润滑不良，冷却效果不理想，温度升高，加速了摩擦与磨损。
（2）材质 该甩油环原设计采用黄铜材质，其耐磨性能较差，磨损后有大量铜粉落于油中将油污染，颗粒性杂质存在于油中，又加快了甩油环及轴承的磨损，造成恶性循环，使甩油环很快磨损失效。
（3）润滑条件 原设计采用N32抗氨气轮机油润滑，轴承温度偏高及甩油环磨损，说明润滑条件不能满足摩擦副工作状态的要求。分析其原因主要是甩油环带油量不足，而甩油环的带油量不仅取决于甩油环本身设计及运行状况，而且也取决于润滑油的黏度，黏度高时带油量大，润滑就好，因此适当提高润滑油的黏度，有助于改善润滑状态。
（4）环境条件 环境温度的变化既影响机械零件的散热效果，也影响摩擦副的润滑。环境温度升高不仅使摩擦副温度升高，而且会降低润滑油的黏度，导致甩油环带油量小，润滑不良，加剧磨损。较高的环境温度可促使润滑油氧化，加快磨损。
2 改进措施
（1）调整结构尺寸 在保持甩油环原有零件质量的基础上修改结构。修改前后结构尺寸见图3。
机械零件的磨损是由材质、设计结构、润滑条件、环境条件等因素组成的磨损系统综合作用的结果，其中任何一个因素变化都会影响零件的磨损。
（1）结构设计 该甩油环的运动形式是与轴颈的摩擦力相对于轴的滑动及滚动。由于其结构尺寸设计不尽合理，甩油环带油量不足，导致摩擦副润滑不良，冷却效果不理想，温度升高，加速了摩擦与磨损。
（2）材质 该甩油环原设计采用黄铜材质，其耐磨性能较差，磨损后有大量铜粉落于油中将油污染，颗粒性杂质存在于油中，又加快了甩油环及轴承的磨损，造成恶性循环，使甩油环很快磨损失效。
（3）润滑条件 原设计采用N32抗氨气轮机油润滑，轴承温度偏高及甩油环磨损，说明润滑条件不能满足摩擦副工作状态的要求。分析其原因主要是甩油环带油量不足，而甩油环的带油量不仅取决于甩油环本身设计及运行状况，而且也取决于润滑油的黏度，黏度高时带油量大，润滑就好，因此适当提高润滑油的黏度，有助于改善润滑状态。
（4）环境条件 环境温度的变化既影响机械零件的散热效果，也影响摩擦副的润滑。环境温度升高不仅使摩擦副温度升高，而且会降低润滑油的黏度，导致甩油环带油量小，润滑不良，加剧磨损。较高的环境温度可促使润滑油氧化，加快磨损。
2 改进措施
（1）调整结构尺寸 在保持甩油环原有零件质量的基础上修改结构。修改前后结构尺寸见图3。
改进后的甩油环具有如下特点：①增加了甩油环与轴的接触面积，降低了接触点的载荷，亦即降低了应力，减小了塑性变形，从而大大降低了氧化膜的破裂及温升；②增加接触面积，亦增加了甩油环与轴颈间的滚动摩擦力，加快了运转速度，提高了带油量和润滑能力，延长了甩油环及轴承寿命。
（2）更换甩油环材质 从材质来讲，青铜的耐磨性比黄铜好得多，青铜对钢的摩擦系数为0.10～0.15，黄铜对钢的动摩擦系数为0.03，所以等质量的青铜甩油环比黄铜甩油环摩擦力大，运转速度高，带油能力好。因此将黄铜材质改为锡锌青铜6POⅡ4-3，既提高了耐磨性，又提高了润滑能力。
（3）提高润滑油黏度 一般来说转速低，载荷大，温度高时应选用黏度高的润滑油，才能保证一定油膜厚度，满足润滑要求的需要，进而减少磨损。因此，将N32抗氨气轮机油改为N46抗氨气轮机油。
（4）改善环境温度 环境温度的变化也是影响零件耐磨性的重要因素。为此在夏季环境温度高时采用工厂空气冷却轴承箱以降低温度，同时还根据现场情况对轴承箱增加排气孔罩，对润滑油加冷却水，改善了环境温度。
3 改造效果
对甩油环进行技术改造以后，高压氨泵电机轴承润滑油一直清澈如初，润滑良好，电机轴承温度亦很正常，减少了轴承的磨损，延长了轴承的寿命及泵的运行周期，改造前后电机轴承运行情况见表1。
（2）更换甩油环材质 从材质来讲，青铜的耐磨性比黄铜好得多，青铜对钢的摩擦系数为0.10～0.15，黄铜对钢的动摩擦系数为0.03，所以等质量的青铜甩油环比黄铜甩油环摩擦力大，运转速度高，带油能力好。因此将黄铜材质改为锡锌青铜6POⅡ4-3，既提高了耐磨性，又提高了润滑能力。
（3）提高润滑油黏度 一般来说转速低，载荷大，温度高时应选用黏度高的润滑油，才能保证一定油膜厚度，满足润滑要求的需要，进而减少磨损。因此，将N32抗氨气轮机油改为N46抗氨气轮机油。
（4）改善环境温度 环境温度的变化也是影响零件耐磨性的重要因素。为此在夏季环境温度高时采用工厂空气冷却轴承箱以降低温度，同时还根据现场情况对轴承箱增加排气孔罩，对润滑油加冷却水，改善了环境温度。
3 改造效果
对甩油环进行技术改造以后，高压氨泵电机轴承润滑油一直清澈如初，润滑良好，电机轴承温度亦很正常，减少了轴承的磨损，延长了轴承的寿命及泵的运行周期，改造前后电机轴承运行情况见表1。
此项改造不仅实现了甩油环的国产化，还降低了检修费用。1套进口轴瓦高达12万元以上，以每隔2.5个月需检修1次计算，仅此1项每年可节约检修费用60万元以上。
来源：《大氮肥》1995年02期