英格索蘭C180MX3N2型氮壓機振動故障原因分析及修復(fù)方法

王 帥，岳海文，趙建信

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠，河南安陽 455004)

透平壓縮機是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。由于軸瓦竄量造成擴壓器與葉輪摩擦受損，進而葉輪動平衡破壞、壓機軸振動量超標(biāo)，造成本文所述設(shè)備事故。其修復(fù)方法可供參考。

安鋼集團股份有限公司制氧廠1#23500空分工程25 000 Nm3/h氮壓機由英格索蘭公司生產(chǎn)，2004年11月28日投產(chǎn)，型號C180MX3N2，三級壓縮，整體齒輪式布置，電機驅(qū)動主動大齒輪，大齒輪驅(qū)動三個行星輪，三個葉輪由三個行星輪帶動，額定排氣量25 000 Nm3/h，工作壓力1.0 MPa。此設(shè)備擔(dān)負(fù)著公司氮氣供應(yīng)的重要任務(wù)，其損壞直接影響公司的正常生產(chǎn)。

1 故障現(xiàn)象

此機組自投產(chǎn)以來，運行一直比較穩(wěn)定。2011年11月因配合公司生產(chǎn)停車，2011年11月24日上午，1#23500機組25000氮壓機開車啟動，在正常運行后自動加載，在加載后的30 s內(nèi)氮壓機三級軸振動從正常值升高到連鎖停車值，氮壓機連鎖停車。由于二級軸振動的振幅在極短的時間內(nèi)升高，初步判斷為儀控振動探頭出現(xiàn)故障，儀控人員就地對振動探頭進行檢查，并把三級探頭更換到二級上，然后盤車檢查，發(fā)現(xiàn)軸振動為 8 μm，比平時(6 μm)略高，再次啟動氮壓機，軸振動值在極短的時間內(nèi)達到聯(lián)鎖值再次停車。儀控人員拆下測振探頭再次檢查，確定探頭工作正常，盤車時發(fā)現(xiàn)軸振動值為12 μm，已經(jīng)大大超過了正常值，于是，決定解體檢查。拆卸后發(fā)現(xiàn)葉輪與擴壓器已經(jīng)嚴(yán)重磨損，葉輪每個葉片外邊緣有不同程度的磨損，葉片最高與最低處相差3 mm左右，擴壓器上跟葉輪對應(yīng)的氣道壁由于嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致大量的金屬屑散落，擴壓器磨損量最多與最少處相差2 mm左右。另外葉輪側(cè)軸承瓦塊磨損變形嚴(yán)重，已不能使用。推力軸承表面沒有磨損，后軸承在振動時造成輕微損傷。

葉輪與擴壓器磨損情況如圖1所示。

圖1 葉輪與擴壓器磨損圖Fig.1 The graph of impeller and diffuser wear

2 原因分析

經(jīng)過分析，找出兩個造成此事故的可能原因：

1.首先葉輪與擴壓器軸向安全間隙過小，機器在啟動加載后，轉(zhuǎn)子軸向竄動量突然增大，造成葉輪與擴壓器輕微接觸磨損，從而使轉(zhuǎn)子組件的動平衡開始破壞，振動增大。隨著振動增大，轉(zhuǎn)子組件的動不平衡更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致葉輪與擴壓器大面積磨損以及葉輪側(cè)軸承的損壞和變形。

2.首先軸承由于長期運行，軸承徑向間隙已經(jīng)變大，開車加載后由于軸瓦振動高，造成葉輪與擴壓器徑向接觸磨損，進而造成轉(zhuǎn)子組件的動平衡被破壞，振動又進一步升高，最終導(dǎo)致葉輪與擴壓器大面積磨損以及葉輪側(cè)軸承的損壞和變形。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of rotor structure

3 處理經(jīng)過

英格索蘭壓縮機從2004年起在我廠運行至今，發(fā)生這么嚴(yán)重的事故還是第一次。事故發(fā)生后，我們向英格索蘭廠方咨詢，廠方回復(fù)說：“葉輪必須運回去檢測，有必要更換葉輪?！笨紤]到如果更換葉輪，價格會在一百萬元以上，而且制造加工時間長，影響公司生產(chǎn)，我們決定和國內(nèi)生產(chǎn)葉輪的企業(yè)進行合作，對葉輪進行修復(fù)。開封一家企業(yè)距離我們很近，具備葉輪生產(chǎn)和修復(fù)的技術(shù)。經(jīng)過聯(lián)系，該廠派專業(yè)技術(shù)人員人到我廠查看實際情況，并共同制定了相應(yīng)的修復(fù)方案。我們對此種修復(fù)方案進行了討論分析，認(rèn)為該方案可行。隨后，通知廠家按該方案對葉輪和擴壓器分別進行了修復(fù)。在廠家修復(fù)的過程中我們派專人到修復(fù)現(xiàn)場查看修復(fù)情況。2011年12月初修復(fù)完成，費用只有十萬元左右。修復(fù)措施如下：

1.葉輪修復(fù)。首先把磨損最小的葉片形狀做出基模，然后把所有磨損葉輪葉片采用焊接修復(fù)的方法進行補焊，最后按照基模形狀對補焊后的葉片通過機加工，使其恢復(fù)原有技術(shù)參數(shù)。

2.擴壓器修復(fù)。先用現(xiàn)有的擴壓器制作出弧度基模樣板，然后采用焊接和機加工方法進行修復(fù)，使其達到原來的各項技術(shù)要求。

2011年12月，葉輪和擴壓器經(jīng)修復(fù)完成，在更換了磨損的葉輪側(cè)軸承后對整套設(shè)備進行了回裝。

4 改進措施

回裝后，用百分表測得葉輪與擴壓器凈間隙為0.78 mm，英格索蘭廠方指導(dǎo)凈間隙為0.813 mm，發(fā)現(xiàn)葉輪與擴壓器凈間隙過小，為了減少類似事故的發(fā)生，我們對葉輪與擴壓器的凈間隙進行了調(diào)整。在調(diào)整過程中我們有意把葉輪與擴壓器軸向凈間隙放大一些，在確保不影響設(shè)備運行工況的前提下，更好地提高設(shè)備的安全運行系數(shù)。調(diào)整方法為：先把轉(zhuǎn)子推到擴壓器側(cè)，裝上百分表，表打在推力盤或者徑向軸承上，指針調(diào)到零位，然后把裝有調(diào)整墊塊的三條螺栓拆下，取出墊塊，松開三條頂絲，注意百分表讀數(shù)變化，記下讀數(shù)①，然后將轉(zhuǎn)子連同軸承再向擴壓器方向用力推，記下此時百分表讀數(shù)②，②—①即為葉輪與擴壓器之間的間隙，然后根據(jù)數(shù)據(jù)通過調(diào)整墊塊的厚度來調(diào)整該轉(zhuǎn)子軸向串動量，以達到安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。按照上述方法我們將葉輪與擴壓器的凈間隙調(diào)整至0.88 mm并回裝。

為了安全起見，我們對一級和三級葉輪與擴壓器的凈間隙也用類似方法進行了檢測和調(diào)整。調(diào)整前后的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 葉輪與擴壓器凈間隙調(diào)整前后對比表Table 1 Comparison of net clearance of impeller and diffuser pre and post adjusting

5 試車情況

全部回裝完畢后順利開車，各級振動值如表2(正常報警值為32 μm)。

經(jīng)過檢修，此氮壓機自2012年2月9日開車后一直運行正常，各級振動值均在允許范圍內(nèi)，而且原來的喘振現(xiàn)象也有所減少，排氣量較檢修前有了較大提高，增加了 1000 m3/h的氣量，達到了26000 m3/h，超過了其設(shè)計流量。

表2 氮壓機各級振動值Table 2 Nitrogen compressor vibration value at all levels

6 結(jié)束語

實際證明，按此措施修復(fù)后的葉輪和擴壓器完全能夠滿足其技術(shù)要求，不但節(jié)省了大量資金，而且大大縮短了修復(fù)時間，同時也為今后此型設(shè)備故障處理摸索出一條新路。