二空分TC1001B 主油泵聯(lián)軸器斷裂原因分析及處理

王東升 王長(zhǎng)青 郝以彬 劉建勇

中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司乙烯鉗工車(chē)間新疆獨(dú)山子 833699

二空分TC1001B 空壓機(jī)為中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司級(jí)關(guān)鍵機(jī)組， 其主油泵做為潤(rùn)滑系統(tǒng)核心設(shè)備近兩年均出現(xiàn)了聯(lián)軸器斷裂的現(xiàn)象。 造成空壓機(jī)非計(jì)劃性停車(chē)，嚴(yán)重影響了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。

1 結(jié)構(gòu)原理

二空分TC1001B 空壓機(jī)由美國(guó)英格索蘭公司制造，為齒輪式多軸壓縮機(jī)，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒式聯(lián)軸器直接驅(qū)動(dòng)增速機(jī)的大斜齒輪，三根單齒輪軸、單葉輪形式的轉(zhuǎn)子呈正三角形分布在增速機(jī)的主動(dòng)齒輪圓周面上， 從而實(shí)現(xiàn)三級(jí)壓縮。 該機(jī)組主油泵型式為單螺桿泵，通過(guò)螺桿回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)腔體容積變化進(jìn)而達(dá)到吸、壓油的作用，轉(zhuǎn)速為1450rpm，耗用功率為22kW。 機(jī)組和主油泵概貌圖見(jiàn)圖1。

2 故障現(xiàn)象

2017 年6 月26 日和2018 年4 月15 日兩次由于主油泵聯(lián)軸器斷裂致使油壓低，造成機(jī)組聯(lián)鎖停機(jī)。

圖1 TC1001B 空壓機(jī)機(jī)組和主油泵概貌圖

（1） 兩次故障均發(fā)現(xiàn)主油泵（軸頭泵）輪胎式彈性聯(lián)軸器在主油泵側(cè)撕裂，但上下兩瓣和電機(jī)側(cè)完好（圖2、圖3）。

圖2 2017 年6 月26 日斷裂圖

圖3 2018 年4 月15 日斷裂圖

（2） 聯(lián)軸器對(duì)輪與電機(jī)軸和主油泵軸配合的部分完好，螺栓緊固無(wú)松動(dòng)，主油泵盤(pán)車(chē)良好，主油泵地腳螺栓緊固無(wú)松動(dòng)，其他正常。

（3） 油泵底板變形較為嚴(yán)重（圖4）。

圖4 油泵底板變形

3 聯(lián)軸器斷裂原因分析

3.1 主油泵聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)選型分析

聯(lián)軸器為美國(guó)萊克斯諾公司生產(chǎn)的直孔軸套彈性體聯(lián)軸器（圖5），型號(hào)為E4-M，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝配時(shí)間短、無(wú)需潤(rùn)滑等特點(diǎn)，并且有較高的強(qiáng)度和抗疲勞特性。 表1 為聯(lián)軸器的機(jī)械參數(shù)及工藝參數(shù)。

圖5 聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)轉(zhuǎn)速為1450rpm，聯(lián)軸器軸徑為￠38。通過(guò)通過(guò)查看表1 的技術(shù)參數(shù)，認(rèn)為選型符合要求，不存在選型不符的問(wèn)題。

3.2 聯(lián)軸器材質(zhì)的分析

聯(lián)軸器分為與電機(jī)軸和主油泵軸配合部分（材質(zhì)均是鋼鐵、鍵連接）、彈性聯(lián)軸器的上下兩瓣部分（材質(zhì)是鋼環(huán)與橡膠熱融連接）、與軸配合的部分和彈性聯(lián)軸器的上下兩瓣部分， 它們彼此通過(guò)8 個(gè)M5 的螺栓連接。 其中聯(lián)軸器上下兩瓣部分由于是通過(guò)鋼鐵與橡膠熱融連接，連接強(qiáng)度最為薄弱。

仔細(xì)查看聯(lián)軸器損壞部位， 正是聯(lián)軸器上下兩瓣部分的鋼環(huán)與橡膠熱融連接處，表現(xiàn)為瞬間撕裂狀況，從而使聯(lián)軸器出現(xiàn)故障，如圖6 所示。

圖6 聯(lián)軸器斷裂部位

通過(guò)查看聯(lián)軸器的運(yùn)行情況（表2），發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器的運(yùn)行周期變化極大， 分析原因認(rèn)為是其質(zhì)量缺陷造成了后期運(yùn)行周期過(guò)短。

3.3 對(duì)中誤差、管線應(yīng)力的影響

泵軸和驅(qū)動(dòng)機(jī)必須進(jìn)行對(duì)中， 防止那些可能或多余的力作用在軸上，進(jìn)而導(dǎo)致振動(dòng)超標(biāo)造成斷裂。 該油泵底座存在變形，支撐剛性差。 在對(duì)中過(guò)程中要通過(guò)調(diào)整支撐以及油泵與支撐面來(lái)綜合的對(duì)中， 確保在其標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，如圖7 所示。

由于油泵吸入和排出側(cè)采用內(nèi)螺紋連接的型式，必須采用精密配合的直圓柱外螺紋部件連接。 連接時(shí)避免不了會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用在泵上， 運(yùn)行時(shí)就會(huì)造成振動(dòng)增大，進(jìn)而影響對(duì)中效果。

3.4 電機(jī)磁力中心線的影響

表1 機(jī)械參數(shù)及工藝參數(shù)

表2 油泵運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)

圖7 直孔軸套聯(lián)軸器對(duì)中范圍圖

檢修中發(fā)現(xiàn)，兩聯(lián)軸器軸頭位置存在變化。 分析認(rèn)為：由于該電機(jī)與壓縮機(jī)連接形式為齒式聯(lián)軸器，受電機(jī)磁力中心線影響， 整個(gè)轉(zhuǎn)子軸向在啟停時(shí)會(huì)有一定的竄量。 主電機(jī)無(wú)止推軸承，在開(kāi)機(jī)、停機(jī)時(shí)受磁力線的影響，轉(zhuǎn)子軸向竄量達(dá)可達(dá)10mm 左右，此時(shí)主油泵聯(lián)軸器若軸向受拉伸力較大， 出現(xiàn)故障的可能性較大。 輪胎聯(lián)軸器承受旋轉(zhuǎn)扭矩和減緩傳遞振動(dòng)的作用，對(duì)軸向拉伸承受能力有限，這樣容易造成聯(lián)軸器斷裂。而且輪胎聯(lián)軸器裂紋在不停機(jī)的情況下通過(guò)外觀檢查不易被發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)起來(lái)困難。

綜上所述， 聯(lián)軸器斷裂的主要原因在于其質(zhì)量缺陷不易發(fā)現(xiàn)，以及對(duì)中和受電機(jī)磁力中心線影響較大。

4 處理措施及建議

4.1 處理措施

（1） 將電機(jī)與壓縮機(jī)齒式聯(lián)軸器改成膜片式聯(lián)軸器，這樣可以減少受磁力中心線影響，避免電機(jī)軸軸向竄量過(guò)大， 而且也節(jié)省了齒式聯(lián)軸器定期加潤(rùn)滑造成的停機(jī)時(shí)間。

（2） 將油泵進(jìn)出口斷開(kāi)，更換輪胎聯(lián)軸器，進(jìn)行對(duì)中；然后在油泵進(jìn)出口徑向和軸向架表，緊固進(jìn)出口連接螺栓，檢查管線有無(wú)應(yīng)力附加在泵上，若有則及時(shí)調(diào)整泵體支撐消除應(yīng)力后重新對(duì)中。

（3） 開(kāi)展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，特別對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并及時(shí)處理。

4.2 改進(jìn)建議

（1） 由于輪胎聯(lián)軸器橡膠部分在采購(gòu)驗(yàn)貨時(shí)很難監(jiān)測(cè)其有無(wú)缺陷，建議選擇質(zhì)量有保證的廠家。 由于橡膠難免老化，建議定期更換聯(lián)軸器。

（2） 對(duì)該空壓機(jī)的潤(rùn)滑方式改為輔助油泵供油，且增加備用泵， 在運(yùn)行油泵發(fā)生故障時(shí)可以自啟確保機(jī)組潤(rùn)滑正常，從而減少關(guān)鍵機(jī)組停機(jī)頻次。

5 檢修后油泵運(yùn)行情況

2018 年4 月16 日02：17 TC1001B 空壓機(jī)主油泵開(kāi)機(jī)，運(yùn)行正常。 連續(xù)監(jiān)測(cè)近兩個(gè)月，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3和圖8， 可見(jiàn)泵兩端軸承水平振動(dòng)烈度均遠(yuǎn)低于4.5mm/s ，加速度均值也偏低，溫度、聲音均正常，油泵運(yùn)行趨勢(shì)平穩(wěn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

表3 二空分TC1001B 主油泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)表

圖8 油泵運(yùn)行趨勢(shì)圖

一般大功率電機(jī)與油泵直連， 必須要考慮到電機(jī)磁力中心線是否影響油泵聯(lián)軸器的正常使用。 且輪胎式聯(lián)軸器要定期檢查和更換，以避免非計(jì)劃性檢修。