Электромагнитный износ подшипников турбокомпрессоров

Продукция и услуги компании ЮВТЕК - это надежная Подушка безопасности для Вашего оборудования
неравномерный износ подшипников компрессора

Эксплуатация крупных турбин, турбокомпрессоров, насосов, приводных электродвигателей неизбежно сопровождается ростом намагниченности их узлов и наводкой паразитного напряжения на валу. Первые повреждения подшипников, связанные с электроэрозионным износом баббита, появились на приводных паровых турбинах мощностью 12-20 МВт, эксплуатируемых на тепловых электрических станциях в 20-30-ые годы 20 века. Проведенные исследования показали, что причинной являются паразитные токи, протекающие между ротором и подшипниками.

На компрессорах, приводимых во вращение синхронным электродвигателем с тиристорной системой возбуждения, электроэрозионный износ подшипников возможен уже при мощности агрегата 1-2 МВт. Т.к. применение тиристорного выпрямителя вызывает наводки «высокочастотных» токов на роторе двигателя.

Казалось бы, «несущественная» проблема паразитных наводок на роторе компрессора приводит к существенным убыткам из-за простоя оборудования.

Так например, на осевом воздушном турбокомпрессоре 21А12-6 фирмы ELLIOTT (США), вращаемого паровой турбиной 2SRQV5 за год эксплуатации из-за отсутствия заземляющих щеток ротора произошел электроискровой износ сегментов опорных подшипников и аварийное отключение по причине роста вибрации опор.

В настоящее время, на нефтехимических предприятиях РФ не внедрены мероприятия защиты узлов вращающегося оборудования от электроэрозионного износа. Объясняется это отсутствием каких-либо предписаний в отраслевых руководящих документах и норм у заводов-изготовителей энергетического оборудования в части снижения намагниченности и защиты турбин (компрессоров) от паразитных токов. Это приводят к отсутствию четких правил эксплуатации и критериев оценки повреждений, и как следствие – продолжение отказов.

Во-вторых, за работу турбины/компрессора отвечают механики цехов. Но как следует из названия, первопричиной данных повреждений являются именно электромагнитные процессы, протекающие в оборудовании. В итоге проблемой электроэрозионных повреждений, вынуждены заниматься специалисты тепломеханики.

Электроэрозионный износ подшипниковых узлов компрессоров вызывают:

- электризация роторов из-за трения рабочих лопаток о рабочее тело;

- повышенная намагниченность узлов турбины, компрессора;

- несимметрия магнитного поля приводного электродвигателя;

- паразитные наводки от тиристорной систем возбуждения электродвигателя.

В свою очередь, повреждения возникают на ответственных узлах (турбины, компрессора, редуктора, приводного двигателя) и могут приводить к серьезным повреждениям, таким как: изменение рабочих зазоров в подшипниках, частичное или полное выплавление баббитовой заливки, задевание роторов о проточную часть турбины/компрессора при изменении осевых и радиальных зазоров в подшипниках, неравномерный износ шеек роторов, ускоренный износ шестерен редуктора, высокий уровень остаточной намагниченности деталей.

Однако, подавляющее число электроэрозионных повреждений подшипников списывается на технологические и эксплуатационные причины, и часто интерпретируются как, механический износ, некачественная заливка баббита, повышенная вибрация ротора, низкое качество масла, усталость металла. Происходит это из-за незнания характерных признаков и отсутствия методики определения электроэрозионного износа.

Электроэрозионные процессы, протекающие в турбоагрегате, вызывают вполне конкретное воздействие и как следствие конкретные повреждения узлов, что позволяет их определять с большой достоверностью. Многолетний опыт специалистов ЮВТЕК позволил выявить признаки и разработать методику их определения. При наличии у персонала определенного опыта, данный метод обладает высокой достоверностью.

Повреждения опорных подшипников. Большинство электроэрозионных повреждений происходит на вкладышах в зоне максимального давления (в области обрыва масляного клина). При цилиндрической расточке – это нижняя половина вкладыша, при «лимонной» расточке – добавляется область на верхней половине, расположенная диаметрально. В сегментном подшипнике поврежденная область располагается на каждом сегменте на стороне сбегающего края.

Масло, выходящее из под вала, имеет турбулентный характер течения (вспенивается). Это вызывает снижение диэлектрической проницаемости среды, как следствие - уменьшение омического сопротивления масляной пленки и искровой пробой.

Электроэрозионные повреждения баббитовой заливки имеют вид разнообразных каверн, хрупкого растрескивания и матовых областей шероховатостей.

Каверны/язвы представляют собой бесформенные области с оплавленной поверхностью и острыми кромками, глубиной 0,5-2,0 мм, которые никак нельзя классифицировать, как механические / термомеханические, т.к. последние имеют вид «наплывов», «натаскиваний», «задиров», «надрывов», «натиров», «вмятин».

Область хрупкого растрескивания при многократном увеличении состоит из отдельно расположенных каверн и выплавлений меньшего размера (порядка 0,1-0,5 мм), через которые распространяются трещины. Каверны/выплавления образуются при локальном температурном воздействии, которое может быть вызвано только электродуговыми разрядами. При этом на остальной поверхности вкладыша, как правило, отсутствуют следы высокотемпературного воздействия.

 Повреждения упорных подшипников. Довольно большое число аварийных остановов по причине осевого сдвига спровоцировано электроэрозионным износом колодок подшипника. Особенно часто это встречается на осевых компрессорах, вращаемых паровой турбиной без редуктора.

На упорном гребне, как правило, обнаруживаются только повреждения от термомеханических процессов. Связано это с тем, что электродуговые разряды ухудшают качество рабочей поверхности масляного клина и уменьшают его плотность (из-за наличия газовых полостей разрядов). Это приводит к снижению несущей способности подшипника и повреждению колодок и упорного гребня в виде натаскивания, выплавления, износа, натиров уже вследствие термомеханического воздействия. Здесь проблема заключается в сложности выявления электроэрозионного износа и принятия правильных мер при последующей эксплуатации.

 Электроэрозионное повреждение упорного подшипника выглядит как каверны и области «шероховатостей», расположенные на стороне сбегающего края колодки (в зоне максимального давления). Каверны представляют собой «ванну» диаметром до 5,0 мм с оплавленной поверхностью. Область «шероховатости» (при детальном рассмотрении) состоит из хаотично расположенных точечных каверн (как «проколы» от иголки) диаметром менее 0,1 мм.

Представленные повреждения имеют классический вид от воздействия высокотемпературных процессов, вызванных электродуговыми разрядами. Встречаются электроэрозионные повреждения колодок и вкладышей подшипников в виде криволинейных канавок (рисок) на поверхности баббитовой заливки, называемых «подшипниковые черви». Они не могут быть вызваны механическим воздействием, т.к. имели бы вид круговых (концентрических) «рисок» и «натаскиваний» на рабочей поверхности без резких изменений траектории...


Галерея

Документы