該空分機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動,，工作機(jī)包括空壓機(jī)和增壓機(jī)。其中,，汽輪機(jī)型號為NKS50/63/28,，空壓機(jī)型號為RIK100-4，增壓機(jī)型號為RZ35-7,。機(jī)組調(diào)速范圍為4238r/min~5933r/min,，額定運行轉(zhuǎn)速為5650 r/min。

汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力為3.72MPa,，進(jìn)汽溫度為430°C,，排汽壓力為0.016MPa,。推力軸承型式為金斯伯雷，軸位移報警門限為±0.50mm,，聯(lián)鎖門限為±0.70mm,。

2. 故障現(xiàn)象

機(jī)組正常運行期間，各設(shè)備振動幅值均不高,，其中汽輪機(jī)振動值保持在15μm左右,，空壓機(jī)振動幅值低于15μm，齒輪箱高,、低速軸振動幅值均在15μm以下,，增壓機(jī)振動幅值在30μm，總體振動幅值趨勢均比較平穩(wěn),，從相關(guān)圖譜評估，振動表現(xiàn)無異常,。

機(jī)組中修后,，自2020年2月15日起開始啟機(jī)運行，起初各監(jiān)測參數(shù)均比較穩(wěn)定,，但在一周后,，汽輪機(jī)軸位移出現(xiàn)了緩慢變化的趨勢，兩通道軸位移數(shù)值分別從-0.12mm和-0.20mm緩慢變化,，一直到2020年7月4日停機(jī)時,，汽輪機(jī)軸位移數(shù)值分別變化至-0.45mm和-0.56mm，累計變化范圍達(dá)到0.35mm,，觸發(fā)報警門限,。

在此期間，汽輪機(jī)主推力軸承溫度也有同步變化,，從65°C緩慢上漲至80°C左右,。而同一時間段內(nèi)，監(jiān)測的壓縮機(jī)低壓缸和高壓缸軸位移數(shù)值和推力軸承溫度均無明顯變化,。

3. 故障分析及結(jié)論

查看此時間段內(nèi),，查看汽輪機(jī)軸位移傳感器的GAP電壓趨勢，兩通道GAP電壓值分別從初始的-11V和-12V左右變化至-13.5V和-14.5V,，變化范圍達(dá)2.5V左右,，經(jīng)過計算，GAP電壓值的變化量與位移值的變化基本吻合（1V對應(yīng)125μm）,，評估此數(shù)值變化為設(shè)備真實軸位移數(shù)據(jù),，排除儀表方面的異常因素。

另外,，從GAP電壓數(shù)值的變化上看,，表現(xiàn)為位移盤在逐漸遠(yuǎn)離傳感器探頭,，結(jié)合機(jī)組的結(jié)構(gòu)和傳感器布置位置，判斷轉(zhuǎn)子在向著主推力方向緩慢變化,。

機(jī)組在運行過程中,，轉(zhuǎn)子逐漸向主推力方向變化一般與軸向力變化或者推力軸承磨損有關(guān)。

針對軸向力發(fā)生改變,，一是與負(fù)荷調(diào)整有關(guān),。此機(jī)組在運行期間，汽輪機(jī)的調(diào)汽閥和壓縮機(jī)防喘振閥門均未進(jìn)行過主動調(diào)節(jié),，且壓縮機(jī)兩個缸的軸位移數(shù)值和推力軸承溫度都沒有明顯變化,，故可排除負(fù)荷調(diào)整方面因素；二是與汽輪機(jī)通流部分結(jié)垢有關(guān),。

通過查看振動趨勢,，1X幅值和1X相位均沒有明顯變化，而且對于判斷通流部分是否結(jié)垢的一個關(guān)鍵指標(biāo)--輪室壓力上看,，也無明顯變化,，所以基本可排除結(jié)垢方面的因素。

針對推力軸承磨損方面,，一是與殘余軸向力較大,，推力軸承不能完全平衡掉軸向力，此一般與設(shè)計有關(guān),，在新機(jī)組上可能存在此問題,；二是推力軸承出現(xiàn)潤滑不良或者電流腐蝕有關(guān)。

經(jīng)過了解,，該機(jī)組上次檢修時,，在推力軸承及支撐軸承上均發(fā)現(xiàn)有不同程度的微小的黑色凹坑，懷疑此為軸電流腐蝕所致,。為排查此問題,，建議用戶利用在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸上的裸露位置外接導(dǎo)線測量軸電壓值。

經(jīng)現(xiàn)場人員檢測,，發(fā)現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時,，轉(zhuǎn)子的軸電壓值在60V~80V左右，轉(zhuǎn)子上的確有軸電壓存在,，由此判斷此問題與軸電流腐蝕有關(guān),。因推力軸承處存在電腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致推力瓦塊表面的巴氏合金出現(xiàn)磨損,，推力軸承抵消殘余軸向力的能力下降,，軸位移和軸承溫度都出現(xiàn)了緩慢變化的情況。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中,，大部分機(jī)組采用的都是滑動軸承,，轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時與軸承之間有油膜絕緣,。

由于轉(zhuǎn)子對地存在電阻，一旦帶電,，就會建立起對地電壓,，當(dāng)電壓升高到某一數(shù)值，就會在電阻最小的區(qū)域擊穿,，發(fā)生電火花放電,。而機(jī)組中最容易出現(xiàn)電火花放電的部位就是在徑向軸承和推力軸承的承載面上。

對于徑向滑動軸,，軸承電蝕凹坑的發(fā)展會使巴氏合金表面受到嚴(yán)重的腐蝕,，這不僅會改變軸承的原有間隙，而且表面光潔度下降還會導(dǎo)致軸承表面的擦傷和擦痕,、局部高溫和燒傷,。推力軸承的電火花燒傷是油膜過薄引起的，一般推力瓦塊在電火花的侵蝕下很快磨耗,。

基于此,，建議機(jī)組在運行時，可嘗試降低油溫至設(shè)計下限,，并提高汽輪機(jī)推力軸承處的支管油壓，以增加進(jìn)油量,。

4. 故障驗證

機(jī)組運行至2020年7月7日,，利用停產(chǎn)間歇對汽輪機(jī)推力軸承進(jìn)行了拆解檢查。

發(fā)現(xiàn)在主推力軸承側(cè)每個瓦塊的巴氏合金上,，沿止推盤旋轉(zhuǎn)方向均磨出一個斜坡,，瓦塊上油楔的出口端磨蝕區(qū)和非磨蝕區(qū)之間存在明顯的界線，磨蝕區(qū)已失去金屬光澤,，而非磨蝕區(qū)仍保持巴氏合金原有的加工面光澤,。

觀察推力盤兩側(cè)外觀也不相同,，主推力側(cè)表面呈淺灰色，像噴過砂一樣沒有光澤,，表面布滿了點蝕凹坑,，而副推面仍保持加工面的金屬光澤,。此為推力軸承出現(xiàn)電腐蝕的典型特征,。

軸電流的形成除了外部對轉(zhuǎn)子施加一定的電位之外,，大多數(shù)則是與下面的幾種因素感應(yīng)而產(chǎn)生的：

對于電機(jī)類轉(zhuǎn)子,，產(chǎn)生軸電流的原因主要是磁力線分布的不對稱效應(yīng)與轉(zhuǎn)軸的磁化效應(yīng),。磁力線分布不對稱通常是由于疊片層的不對稱間隙引起的,。除電機(jī)類轉(zhuǎn)子外,，其它設(shè)備也會因軸的磁化而產(chǎn)生軸電流,。

現(xiàn)代大型化工裝置中由蒸汽透平驅(qū)動端離心機(jī)組,，雖非電力設(shè)備,，但有時也會形成很高的軸電流。經(jīng)查閱相關(guān)資料,，這是一種由粒子碰撞摩擦引起的靜電效應(yīng),。

對于蒸汽透平—離心壓縮機(jī)組,，多數(shù)是由于濕蒸汽粒子碰撞使轉(zhuǎn)子帶電，尤其是冷凝式蒸汽透平,，末幾級的濕度含量較高,，水蒸氣粒子對轉(zhuǎn)子葉片的碰撞和摩擦引起的靜電效應(yīng)而帶電。因此在冷凝式蒸汽透平中會比較多的遇到軸電流問題,，而在背壓式蒸汽透平中較少發(fā)生,。

此外,，離心壓縮機(jī)和蒸汽透平轉(zhuǎn)子工作時也可能因潤滑油引起帶電,，當(dāng)潤滑油通過過濾器時,，由于濾網(wǎng)通路很小,，通常只有幾微米，油分子與濾網(wǎng)的碰撞與摩擦?xí)?dǎo)致分子帶電,。當(dāng)電位升高到一定值時,，將在油膜電阻最低處擊穿而產(chǎn)生電火花放電。

減小或消除軸電流引起的損傷,，主要手段是限制軸電壓的升高,，一般認(rèn)為，足以引起軸電流損傷的電壓在20V以上,，典型的軸承損傷電壓在30～100V之間。如果把軸電壓降到1V以下,，基本上就可以消除軸電流帶來的故障,。限制和降低軸電壓主要方法就是增加接地裝置，例如用炭刷使轉(zhuǎn)子對地導(dǎo)通,，消除轉(zhuǎn)軸靜電電位,。

對于在運轉(zhuǎn)過程中已經(jīng)發(fā)生軸電流侵蝕的機(jī)器,，使用改變油膜厚度的方法(例如改變油的黏度,、改變潤滑油供應(yīng)量,、改變軸承速度和負(fù)荷等)也可以減小電流侵蝕的速度，實際使用證明此法有一定效果,。

對于蒸汽透平產(chǎn)生的靜電電荷,，可以用控制水蒸氣微滴的大小,，改變噴嘴和葉片的材料和光潔度等，以減小液滴碰撞和摩擦起電,。但是，這種措施對于已在運行中的機(jī)器往往是不現(xiàn)實的，它意味著需要重新設(shè)計一套防止產(chǎn)生軸電流的有效裝置,。

針對該案例中的汽輪機(jī)軸電流問題，建議用戶在下次檢修時在軸端加裝導(dǎo)電刷,，使轉(zhuǎn)子對地導(dǎo)通，消除轉(zhuǎn)子靜電電位。當(dāng)然為徹底去除轉(zhuǎn)子上軸電壓,，若有條件最好將轉(zhuǎn)子返廠做測磁,、消磁處理。