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压缩机入口处的 IGV 叶片预旋气流进入叶轮，减少了主驱动器所需的工作量

在过去几年中，压缩机制造商投入了大量研究资金，试图将其机械轴承中的轴承和润滑油温度降低几度。有时，仅仅一位数的数字就花费了数十万美元来降低温度。这些支出是由于需要满足最近由几家运营商严格执行的旋转机械轴承通用行业标准的需要。让我们回顾一下这些标准的起源，并讨论何时何地严格应用这些标准是有意义的，以及它们何时过于简单化或过于保守。

涡轮机中轴承的功能是支撑旋转轴并使其居中，以抵抗静态和动态的径向和轴向力。在大多数工业压缩机、蒸汽轮机和燃气轮机中，这些轴承都是可倾瓦油膜类型的，使用矿物油或合成油来冷却和润滑轴承。根据从旋转轴传递到静止流体膜的能量以及油可以吸收、传递和传输的热负荷，轴承中可实现的最低可能润滑油温度显然有一些基本的物理限制对于给定的油热容量和流量。除了这些基本的物理限制之外，还有许多设计选择，例如轴承类型、轴瓦尺寸、纵横比、推力均衡、注油点、负载变化角度、

美国石油学会 (API) 标准传统上要求泵和电机等低速运转机械的轴承温度低于 200°F。直到 2014 年，API 标准 617，第 7 版离心式压缩机，允许轴承和润滑油温度高达 212°F。但第 8 版将此要求降低到 200°F 以符合其他 API 机械标准。大多数在 2014 年之前建造和运行的机械似乎在略高的润滑油温度下运行良好。然而，这种变化导致大多数机械制造商急于寻找降低轴承金属温度的方法，而不管它为轴承承载能力或机械不平衡响应和稳定性提供的实际好处。

与其盲目地遵循规范，不如始终询问物理过程的真正限制是什么，以确保规范对给定应用有意义。在这种情况下，限制因素和关键参数是：(i) 轴瓦热点金属温度，(ii) 润滑油开始快速降解的温度，以及 (iii) 润滑油粘度开始下降的温度油量太低，无法在轴瓦上提供一致的压力梯度膜来支撑所需的轴负载。

关于热点金属温度，值得关注的材料是锡基巴氏合金表面材料。原则上，失效模式是温度、剪切速率和流体动压的函数，这些在很大程度上取决于应用。锡基巴氏合金可在超过 300°F 的温度下工作。但由于材料强度随温度迅速降低，大多数轴承和涡轮机械原始设备制造商规定的可倾瓦轴承的实际极限约为 265°F，大多数齿轮原始设备制造商和 AGMA 规范规定的实际极限约为 240°F。

“在坚持通用行业规范中的固定温度限制之前，机械操作员应始终评估以前的制造商经验、具体设计/应用考虑因素以及操作/测试数据。”

然而，最新的 API 标准规定的目标温度为 200°F，包括所有流体动力轴承，包括固定几何形状和可倾瓦；以及广泛的应用，从慢速电机和大齿轮到高速小齿轮、压缩机和涡轮机。为了满足这一要求，其他裕度可能会受到影响，无论是临界速度分离裕度还是稳定性，例如通过减小轴颈直径以降低表面速度或通过使用更长的轴承从而增加转子轴承跨度。虽然仍符合标准，但在可能更受欢迎的领域，额外利润可能会减少。

对于润滑油降解，美国材料与试验协会 (ASTM D4304-17) 讨论了 230°F 的金属温度作为从标准 1 类和 2 类矿物油转换为性能更高的 ASTM 3 类油的标准，通常为重型燃气轮机或联合循环应用配制。

另一个经常提到的要求，尽管没有明显地固定在任何行业标准中，是来自公共排水管或水库的总体温度应保持在 180°F 以下。该要求主要基于运行经验和基本经验法则，即总体温度高于 140°F 每升高 18°F，涡轮机油的氧化率通常会翻倍。最后，虽然润滑油粘度在机械工作温度范围内呈非线性（主要是对数），但温度从 200°F 升高到 212°F 不会将粘度降低到低于为可倾瓦和固定式中的压力膜稳定性提供足够粘度所需的粘度几何轴承。

对润滑油温度标准的有效性和价值有影响的另一个问题是实际测量位置和相关的传感器精度，以测量真实的金属和润滑油温度。在大多数涡轮机中，轴承润滑油膜的膜温度是在假定热点的巴氏合金表面下方使用 RTD 或热电偶测量的。这种测量是轴承表面温度的间接指示，因为温度传感器从轴瓦表面凹进，并且热点角位置是可变的，特别是对于通常用于电机的固定几何轴承。此外，热点沿轴承的轴向中心，但如果轴承较长，则允许在中心线外进行测量。

因此，在固定几何轴承中测量温度或在长轴承中将温度传感器从中心线偏移通常意味着测量不在热点处并且使轴承在低温下处于故障风险中，这种事件导致温度标准降低。另一方面，如果实施得当，该测量是一个极佳且快速的指标，可用于确定轴承是否在过高温度下运行并可能出现热点。因此，轴承垫金属温度仍应用于机器的警报和停机控制。

大量润滑油温度通常在轴承（单独和共用）排放口和油箱中测量。这些测量值可以很好地指示整体温度，并且可以用作是否超过润滑油降解温度的指示器。但它们不能用于确定轴承内部的实际温度条件，或者由于测量延迟而无法用作警报或停机。

虽然 200°F 的轴承和润滑油温度限制已成为涡轮机械行业公认的现实，但它并不总是有意义的。对于某些应用程序而言，这是无法实现的。简单地对所有机器强制执行此限制是一种过度简化，会导致代价高昂的设计保守主义，而且不一定是更好的轴承或更好的机器。在坚持通用行业规范中的固定温度限制之前，机械操作员应始终评估以前的制造商经验、特定设计/应用注意事项和操作/测试数据。

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