1、设备概述
该空分机组由汽轮机驱动，额定转速为5540r/min，空压机设计流量为155000Nm3/h，进口Ψ压力为0.087MPa(A)，出口压力为0.61MPa(A)，额定功率○为13780Kw；增压机进口Ψ压力为0.57MPa(A)，出口压力为7.2 MPa(A)，其额定工作转速为14205 r/min。其中汽轮机【振动报警门限为50μm，联锁停机门限为75μm；轴位移报警门限为±0.40mm，联锁停机门限为±0.6mm。
图1 机组总貌图「
2、故障现象
自2018年10月份起，汽※轮机轴位移呈持续缓慢变化的趋势，至2018年12月中旬时，轴位移数值从0.16mm爬升至0.42mm左右（图2中黄色线），触发报警。在此期间，推力轴承温度随之小幅变化，但主/副止推轴承温度均低于55°C，温度不高；经与用户沟通▆，获知在此期间未对负荷做大幅调整；且在同一时间段内增压机和空压机轴位移均未改变（图2中红色&绿色线）。
图2 空分机组轴位╲移趋势图
图3 汽轮机推力轴承温度趋势图
3、故障分析
对于汽轮机轴位移值异①常增大的问题，一般来说常见的原因分为三类：一是测量仪表问题导致轴位移数据失真；二是转子轴向力增大（叶轮两侧压ω 差变大）；三是止推轴承发生了较为严重的磨损。
（1）测量仪表方面：通过查看SG8000在线监测系统中轴位移探头的间隙电压趋势，发现两◆通道变化趋势基本相同，见图4。间隙电压值从运行初始时的-11.4V左右◎变化至-13V左右，变化量近2V，数值上表现为传感器探头逐渐远离位移测量圆盘，即沿轴向力方向变化。经过计算，间隙电压值的变化量与位移值的︾变化基本吻合（1V对应125μm），故可确定轴位移仪表正常，数据为机组真实位移情况。
图4 汽轮机GAP电压趋势卐图
(2)轴向力方面：转子轴向力产生的原因是由于々叶轮两侧存在着压差。现代汽轮机都带有一定的反动度，在各级动叶片前后会有压力差，压力差作用在动叶◤片会产生轴向推力。叶轮出口压力与叶轮入口压力之差值越大，则叶轮产生的轴向力就越大。就汽轮机而言，其轴向推力的方△向是由进汽侧指向排汽侧（即高压指≡向低压）。而造成转子轴向力变化的常见原因包括负荷增加、蒸汽带液、通流部分结垢以及进汽压力过低、进汽←温度过低、排汽压力过高等等。如果是蒸汽带液或流量过大，一般对轴向力影响很大，会造成轴位移和轴承温度瞬【间大幅上涨，严重甚至发生重大事故，而本例中，汽轮〒机轴位移为缓慢上涨，故可排除。通过对比实时监测数据，汽轮机进汽压力、温度、排汽压力、温度等均无明显变化，且均符合技术↓要求，所以非蒸汽参数变化所致。对于汽轮机通流部分结垢问题，确实符合轴位移缓慢上涨的现象，因为当汽轮机√通流部分出现结垢后，会使通流面积减小，造成级内焓降』增大，使汽轮机级内效率降低，同时增大反动度，使级间压力差增大，导致转子★轴向推力增大。而当汽轮机出现结★垢时，往往从振动上也会有所体现，一般振动呈缓慢上涨趋势，工■频相位也会出现小幅变化，表现出渐变不平衡∞的特征，但这∮些现象在这台汽轮机轴振动上均未体现。而且对于判断通流部分是否结垢的一个关键指标-轮室压力上看也无明显变化，所以基本可排除结垢方面的因素≡。
图5 空分机组示意图
（3）止推轴承磨损方面，除了轴向力过大会引起♂轴承磨损之外，还与轴承自身的装配因素如推力瓦块接触不良受力◥不均、推力瓦块承压销钉及基环硬度不足、推力盘表面粗糙度较差等原因，另外还与润滑条件有关，如润滑油温⊙度过高，会影响油膜厚度及刚度，油膜承载力下降造成边界润滑磨损。
通过排除法对上述原因进行逐一排除后，认为轴承＠出现异常磨损是导致该汽轮机轴位移持续上涨最可能的原因，但磨损的原〒因还需进一步排查。现场人员通过对油温、油压的调节均没能有效遏制轴位移持续上涨的趋势。在一次讨论会上＠ ，一设备人员反馈之前检修时曾发现径向轴承上疑似有电腐蚀的现象，会不会是电腐蚀导致的轴承磨损，进而使轴位移增♀大？在查找ω相关资料后，发现确有先例◆。
随后现场人员组织测量轴电压值，在汽轮机轴裸露的位置利用万用表测量轴电压，发现轴电压︻最高达200多伏，由此看该汽轮机转子确实存在带电的情况。因机组短期内无法停机，决定加装临时导电系统。2018年12月10日，在汽轮机进汽侧转〇子轴裸露处加装了一根金属导体（接地），见图6。再次测量轴电压值降至2V以下，在加装导电棒处有明显电火花现象；
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图6 轴电压测量及加装临时导电系统
加装导电系统后，轴位移▃上涨趋势立即停止。随后经过2个多月的观察，轴位移传感器间隙电压趋势稳定，至2019年2月份停机检修▲时，轴位移值始终稳定在0.42mm左右。
图7 汽轮机轴位移趋势图
4、故障验证&处理
2019年2月，用户停机进行检修，拆解后发现主推力轴承存在异常磨损，见下图。其特征为：磨损部分与未磨损部分有清晰的分界线，巴氏合金被磨成一斜坡；磨损表面失去原有加工表面的光洁度，形似喷砂后的金属表面。主推轴承侧8个瓦块均呈现有▓不同程度的电腐蚀特征，推力盘的主推力侧用手感觉其粗糙度比副推侧差别很大；复测其推力间隙，设计要求范围为0.35-0.48mm，之前安装时其测量间隙值为0.40mm，本次测︼量为0.55mm。另外，在支撑轴承下瓦块的边缘、转子轴颈处也都有较为明显的电腐蚀特征。由此基本可以确定汽轮机轴位移持续变〓化是由于推力轴承出现了电腐蚀磨损，导致轴向间隙变大，转子沿主推力方向移动。
图8 汽轮机拆解后照片
轴电流腐蚀机理：凝汽式汽轮机中湿蒸汽所含微小水滴（水雾）与◢叶片摩擦、机组动静部件受到磁化（如磁粉探伤作业、焊接、机加工等）、润滑油分子摩擦起电、外界电压输入等均可能↑引起转子电荷集聚，无论是磁化还是静电，在高速旋转机械中均可能产生电磁转换，当机组接地系统导电能力不够或机组接地碳刷接触不良时，转子电荷积聚就会出♂现累积效应，使得转子与轴承之间电∴势差越来越高，这种电势差首先选择在间隙较小处（如推力轴承、径向轴承、联轴节、气封以及∏传动齿轮等部位）释放，轴电流击穿瓦块与推力盘之间的润滑油膜，在推力盘表面与材质较软的瓦块巴氏合金表面不断形成微小的电蚀凹坑，油膜破坏和凹坑形成又促进了瓦块局部的机械磨损，这种磨损和电荷积聚一样↙↙，具有渐进特征，瓦块受损面上表现为明显的分界线。这种放电与磨损在时间上也表现出一定的积累特∑性，当瓦块受损面积达到一定规模时，推力轴承将难以承受机组固有的残余轴向力，表现出轴位移上升、磨损加剧√的现象，这种现象具有不可逆的特点。
本次检修，针对转子带电㊣ 的问题，在轴端加装了导电刷，机组试运行时再次测量轴电压为0V，导电效果良好。为彻底去除转↓子的轴电压，待大修时需对转子返厂做测磁、消磁处理。
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图9 汽轮机加装导电刷及轴电压测量情况
机组重新运行后，轴位々移趋势重新趋于平稳。
图10 检修后汽轮机轴位移趋势图
