2MCL455型離心壓縮機(jī)無油運(yùn)轉(zhuǎn)故障分析及修理方法

章燚

（中國航發(fā)湖南動力機(jī)械研究所，湖南 株洲 412002）

0 引言

離心壓縮機(jī)作為一種動力機(jī)械設(shè)備，在化工、冶煉、石油、航空航天等領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。我所氣源配置有2MCL455型離心壓縮機(jī)，該機(jī)組軸系示意見圖1，電機(jī)與增速箱、增速箱與增壓機(jī)均通過膜片聯(lián)軸器聯(lián)接。承超溫報(bào)警（報(bào)警溫度：80℃），且報(bào)警溫度持續(xù)上升，在運(yùn)行現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該臺機(jī)組各軸承處出現(xiàn)不同程度的冒煙現(xiàn)象，且散發(fā)出焦糊氣味。增速箱、壓縮機(jī)各軸承部位溫度均較高。

圖1 MCL455型離心壓縮機(jī)軸系示意圖

對該機(jī)組增速箱、軸承座，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸承座等關(guān)鍵部位進(jìn)行分解檢查。檢查發(fā)現(xiàn)增速箱支撐軸承磨損嚴(yán)重，與軸承配合處軸頸表面附著有巴氏合金，轉(zhuǎn)子支撐軸承、推力軸承、級間密封磨損嚴(yán)重，與軸承配合處軸頸表面附著有巴氏合金，現(xiàn)場故障圖片見圖2.

2017年9月，一臺2MCL455型離心壓縮機(jī)在停車狀態(tài)時(shí)被壓縮空氣吹轉(zhuǎn)，該機(jī)組的增速箱、增壓機(jī)等關(guān)鍵部件在無油潤滑的情況下被高壓氣流吹轉(zhuǎn)，導(dǎo)致增速箱大、小齒輪軸以及支撐軸承不同程度磨損，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸部位及其支撐軸承、推力軸承、油封、軸端密封磨損嚴(yán)重，該機(jī)組不能正常工作，為保障科研生產(chǎn)工作可以順利開展，需對該離心壓縮機(jī)進(jìn)行修理。

圖2 現(xiàn)場故障圖片

2 無油運(yùn)轉(zhuǎn)故障分析

1 無油運(yùn)轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象

2017年9月7日，工作人員按照運(yùn)行計(jì)劃安排，從9時(shí)53分開始，先后投入2臺2MCL607離心壓縮機(jī)（壓力：1.0 MPa（A），流量：10 kg/s）供氣，運(yùn)行至 12時(shí)58分，發(fā)現(xiàn)未投運(yùn)的一臺2MCL455型離心壓縮機(jī)（壓力：3.0 MPa（A），流量：10 kg/s）轉(zhuǎn)子非驅(qū)動端軸

查閱該離心壓縮機(jī)組運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)場監(jiān)控畫面，結(jié)合拆解情況進(jìn)行綜合分析，造成此次故障主要原因是該離心壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)因未投運(yùn)，在無油潤滑情況下運(yùn)轉(zhuǎn)了14 min，各關(guān)鍵部件軸承軸瓦與軸頸間處于“干磨”狀態(tài)，溫度迅速上升，導(dǎo)致了軸瓦材料巴氏合金熔融附著在軸頸處[1]；其次在2MCL607離心壓縮機(jī)投入運(yùn)行時(shí)，其供氣管路的隔斷閥由于誤操作未處于全關(guān)狀態(tài)，故障離心壓縮機(jī)進(jìn)氣管路上的電動閥也沒有關(guān)閉，導(dǎo)致高壓氣流進(jìn)入，吹轉(zhuǎn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；另外，這也反映離心壓縮機(jī)的控制系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測及監(jiān)控功能不夠完善，離心壓縮機(jī)防誤操作的設(shè)計(jì)考慮不全面，不能在離心壓縮機(jī)異常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過檢測異常數(shù)據(jù)來進(jìn)行報(bào)警和保護(hù)[2]。

3 離心壓縮機(jī)修理方法

根據(jù)故障分析得出的原因和故障現(xiàn)象，為修復(fù)該離心壓縮機(jī)組，首先需要對壓縮機(jī)各關(guān)鍵部位的軸承、軸徑等進(jìn)行修理；其次在各離心壓縮機(jī)增速箱聯(lián)軸器處增加測轉(zhuǎn)速傳感器，并將傳感器信號上傳至機(jī)組控制系統(tǒng)內(nèi)；最后對離心壓縮機(jī)各運(yùn)行人員進(jìn)行安全和操作培訓(xùn)，避免再發(fā)生類似閥門誤操作現(xiàn)象。本文重點(diǎn)描述對壓縮機(jī)各關(guān)鍵部位的修理過程，控制系統(tǒng)及操作人員培訓(xùn)等內(nèi)容不再贅述。

3.1 增速箱修理

3.1.1 大、小齒輪軸修復(fù)

將增速箱大、小齒輪軸軸頸部位在車床上利用金相砂紙進(jìn)行精拋光，拋去粘附的巴氏合金后，發(fā)現(xiàn)軸頸無磨損，軸頸尺寸在允許范圍內(nèi)；軸頸修復(fù)后，對大、小齒輪軸進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求，檢測數(shù)據(jù)見表1.

表1 大、小齒輪軸動平衡檢測數(shù)據(jù)

3.1.2 軸承修復(fù)與檢測

（1）軸瓦間隙測量

增速箱大、小齒輪軸支撐軸承軸瓦破壞嚴(yán)重，直接更換軸承。軸頸與軸瓦的間隙對于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)形成潤滑油膜十分重要，測量軸瓦間隙的方法有抬軸法及壓鉛絲法等，此次維修采用圖3所示壓鉛絲法[3]，通過測量鉛絲厚度反映軸瓦間隙。將直徑0.3 mm（略大于間隙值）鉛絲壓在軸頸A-B及a-b處（兩側(cè)45°角處），通過固定軸承，使軸瓦壓實(shí)鉛絲。

圖3 壓鉛絲法檢測軸瓦間隙

使用千分尺測量鉛絲厚度，測量結(jié)果按公式（1）計(jì)算，檢測數(shù)據(jù)見表2.

式中：δ為間隙值；A、B、a、b為鉛絲在各點(diǎn)的厚度。

表2 大、小齒輪軸瓦間隙檢測數(shù)據(jù)

（2）軸瓦緊力測量

軸瓦緊力保證了在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸承外圈不會在軸承座內(nèi)產(chǎn)生晃動，對于避免軸承座磨損及機(jī)械振動十分重要。采用圖4所示壓鉛絲法，將厚度0.2 mm（由頂隙值與鉛絲直徑一半的和算出）銅墊片放置于軸承座結(jié)合面之間，將直徑0.3 mm（略大于頂隙值）鉛絲壓在上軸瓦背A-B及a-b處（兩側(cè)45°角處），通過固定軸承座，使軸承座上蓋壓實(shí)鉛絲。

圖4 壓鉛絲法測軸瓦緊力

使用千分尺測量鉛絲厚度，檢測結(jié)果按公式（2）計(jì)算。檢測數(shù)據(jù)見表3.

式中：δ為軸瓦緊力；A、B、a、b為鉛絲在各點(diǎn)的

厚度；d為銅墊厚度。

表3 大、小齒輪軸瓦緊力檢測數(shù)據(jù)

3.1.3 大、小齒輪嚙合檢測

齒輪嚙合傳動時(shí)，為了在嚙合齒廓之間形成潤滑油膜，避免因輪齒摩擦發(fā)熱膨脹而卡死，齒廓之間必須留有間隙，同時(shí)齒輪副嚙合時(shí)需接觸良好，以保證齒間載荷分布均勻[4]。將增速箱大、小齒輪復(fù)裝，對大、小齒輪進(jìn)行嚙合試驗(yàn)，使用百分表檢測齒輪嚙合間隙，使用紅丹粉檢測齒輪嚙合接觸斑點(diǎn)，檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書技術(shù)要求，檢測數(shù)據(jù)見表4.

表4 大、小齒輪嚙合試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)

3.2 增壓機(jī)修理

3.2.1 轉(zhuǎn)子軸修復(fù)

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸部位在車床上利用金相砂紙進(jìn)行了精拋光，拋去軸頸表面粘附的巴氏合金后，發(fā)現(xiàn)軸頸磨損嚴(yán)重，軸頸尺寸相差較大。軸頸修復(fù)的一般方法有機(jī)加工修復(fù)、激光熔覆及加裝軸套等，因轉(zhuǎn)子軸頸磨損量已經(jīng)超出機(jī)加工修復(fù)和激光熔覆的有效范圍，故采用加裝軸套方式進(jìn)行修復(fù)，軸套采用與轉(zhuǎn)子軸相同的材料進(jìn)行加工。軸頸修復(fù)后，對轉(zhuǎn)子葉輪進(jìn)行噴砂處理，以便于著色檢查，著色結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子葉輪無損傷及裂紋。檢測完畢后，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動平衡試驗(yàn)，檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求，檢測數(shù)據(jù)見表5.

表5 轉(zhuǎn)子動平衡檢測數(shù)據(jù)

3.2.2 軸承修復(fù)與檢測

轉(zhuǎn)子支撐軸承及推力軸承的軸瓦破壞嚴(yán)重，直接更換軸承，采用與增速箱相同方法測量軸承配合間隙，檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求。檢測結(jié)果見表6.

表6 轉(zhuǎn)子軸承配合間隙檢測數(shù)據(jù)

3.2.3 級間密封間隙檢測

將轉(zhuǎn)子復(fù)裝至壓縮機(jī)定子上，使用銅棒將固定在定子上磨損的級間密封敲下，更換新的密封，良好的級間密封對于保證壓縮機(jī)流量及運(yùn)行效率十分重要，使用塞尺測量級間密封與轉(zhuǎn)子軸間隙，檢測示圖見圖5：

圖5 級間密封檢測示圖

檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求，檢測結(jié)果見表7.

表7 轉(zhuǎn)子軸與級間密封間隙檢測數(shù)據(jù)

3.3 離心壓縮機(jī)安裝與調(diào)試運(yùn)行

3.3.1 增速箱與增壓機(jī)安裝調(diào)整

以增壓機(jī)轉(zhuǎn)子輸入軸為基準(zhǔn)，采用激光對中儀檢測增速箱輸出軸與轉(zhuǎn)子輸入軸的同軸度，通過調(diào)整增速箱的位置與修磨墊片精調(diào)同軸度。檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求。檢測結(jié)果見表8.

表8 增速箱輸出軸與轉(zhuǎn)子輸入軸的同軸度數(shù)據(jù)

3.3.2 電機(jī)與增速箱安裝調(diào)整

以增速箱輸入軸為基準(zhǔn)，采用激光對中儀檢測電機(jī)輸出軸與增速箱輸入軸的同軸度，通過調(diào)整電機(jī)的位置與修磨墊片精調(diào)同軸度。檢測結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求。檢測結(jié)果見表9.

表9 電機(jī)輸出軸與增速箱輸入軸的同軸度數(shù)據(jù)

3.3.3 離心壓縮機(jī)調(diào)試運(yùn)行

離心壓縮機(jī)安裝完畢之后，進(jìn)行了空載及負(fù)載調(diào)試?？蛰d運(yùn)行時(shí)間約2 h；負(fù)載運(yùn)行時(shí)間約4 h，運(yùn)行過程中現(xiàn)場均無異?，F(xiàn)象。運(yùn)行數(shù)據(jù)見表10.

表10 離心空壓機(jī)調(diào)試運(yùn)行數(shù)據(jù)

從表10可以看出離心壓縮機(jī)增速箱軸承溫度、轉(zhuǎn)子軸承溫度、壓縮機(jī)軸振動及軸位移等各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi)，與故障發(fā)生前該臺空壓機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)無較大差異，調(diào)試運(yùn)行結(jié)果符合離心壓縮機(jī)使用說明書的技術(shù)要求。

4 結(jié)束語

無油運(yùn)轉(zhuǎn)故障是離心壓縮機(jī)比較嚴(yán)重的故障現(xiàn)象，排除故障的方法較復(fù)雜。本文針對2MCL455型離心壓縮機(jī)無油運(yùn)轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象，分析了產(chǎn)生故障的原因，根據(jù)設(shè)備的受損情況，逐一提出了修理方法，機(jī)組修復(fù)后進(jìn)行了調(diào)試運(yùn)行驗(yàn)證，科研生產(chǎn)工作可以順利開展，驗(yàn)證了故障分析及修理方法的有效性，為排除該類故障提供了參考。

[1]黃少峰.淺談設(shè)備潤滑技術(shù)與應(yīng)用[J].活力，2009（18）：73.

[2]盛兆順.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3]李學(xué)凱.壓鉛絲測量軸承頂隙方法的改進(jìn)[J].貴州電力技術(shù)，2004（4）：35-38.

[4]張浩民.離心式壓縮機(jī)常見故障分析[J].甘肅科技，2011，27（11）：71-73.