4TH565W100型壓縮機備件國產(chǎn)化替代的應用研究

廉曉東，杜星洲，呂 波，高 超，張婷婷

(首都航天機械有限公司，北京 100076)

1 引言

4TH565W100型高壓壓縮機，采用2列對置式結構，四級壓縮，排氣量為554 m3/h，排氣壓力為25 MPa，已持續(xù)運行12年。自2008年設備啟用，該壓縮機所有備件均通過代理商從原廠進口購置，由于該設備市場保有量較低及廠商減產(chǎn)等不利因素，備件購置價格逐年快速增長且周期延長；此外，由于設備投產(chǎn)前期頻繁維修遺留的機體磨損，導致進口備件使用效果及壽命快速下降，需長期購置數(shù)套備件維持設備運行，生產(chǎn)成本大幅提升，導致效益虧損。

為實現(xiàn)降本增效的經(jīng)營管理格局，開展了備件國產(chǎn)化替代工作，基于國內“應用國內產(chǎn)品”、“應用引進成品”和“自主研發(fā)生產(chǎn)”等方法[1]，增加備件類別化分環(huán)節(jié)，完善國產(chǎn)化替代方法，保證國產(chǎn)備件質量并大幅降低購置成本和周期，設備運行可靠性顯著提升，運行效益好轉，根據(jù)自身實踐總結出一些備件國產(chǎn)化替代管理方法，希望同業(yè)者可以有所借鑒。

2 備件國產(chǎn)化替代的必要性及原則

進口備件是保障進口動力設備正常運行的關鍵因素，而進口備件國產(chǎn)化工作能夠使公司在維護工作中占據(jù)主動，使公司避免代理商及廠家在技術和備件供應環(huán)節(jié)供應封鎖和價格壟斷，提高設備使用效率，提高公司維修技術能力，節(jié)約大量人力物力和維修費用，有效降低生產(chǎn)成本。備件國產(chǎn)化必要性從2個方面進行簡要說明：

2.1 備件依賴進口弊端

(1)進口備件價格高，每年兩臺進口壓縮機備件進口備件費用高達100萬元，經(jīng)營效益壓力大。

(2)進口備件周期長，簡易密封件也需要8～12周購貨周期，較為重要的部件需要20周以上時間，設備維修壓力大。

(3)產(chǎn)品更新速度較快，導致原有備件發(fā)生停產(chǎn)，無法保證供應。

(4)長途運輸導致備件易損壞，且技術資料不全，備件質量無法保證。

2.2 備件國產(chǎn)化優(yōu)勢

(1)國產(chǎn)化備件價格低廉，優(yōu)勢顯著，降低設備維修成本。

(2)國產(chǎn)化備件購置周期短，由于備件購置無需進口手續(xù)，國內運輸速度快，且生產(chǎn)速度塊，購貨周期可縮短2～4周，具有良好的響應快捷和維修和服務有保證的特點。

(3)備件國產(chǎn)化有多種途徑，自設計制造、聯(lián)合開發(fā)、逆向仿制等，可根據(jù)實際情況進行備件優(yōu)化，提升備件質量。

(4)備件國產(chǎn)化可促進公司技術研究，深化進口設備運行維修認知和技術改進，強化落實自主化維修工作目標。

2.3 備件國產(chǎn)化工作思路和原則[2]

(1)國產(chǎn)化不能降低設備整體使用性能。在制定國產(chǎn)化替代備件計劃時，要準確把握國產(chǎn)化備件性能，選用技術成熟穩(wěn)定的國產(chǎn)化備件，并考慮替代不可降低設備整體使用性能。

(2)國產(chǎn)化是措施不是目標。備件國產(chǎn)化替代是針對高價值、易耗部件的購置途徑改進方法，在維持設備穩(wěn)定運行的前提下，最大限度降低設備運行成本，維修維護工作更容易開展。

(3)國產(chǎn)化工作要有層次進行。根據(jù)備件國產(chǎn)化技術水平，要客觀規(guī)劃、分步實施、循序漸進、從易到難，務求實效。

3 備件國產(chǎn)化替代措施及成果

根據(jù)備件國產(chǎn)化工作思路和原則，對該設備備件進行類別劃分，論證國產(chǎn)化可行性，確定具體的備件國產(chǎn)化實施方案。

3.1 備件國產(chǎn)化類別劃分。

備件評價系統(tǒng)主要通過五種評價要素對備件進行國產(chǎn)化類別劃分，其中采購價格、采購周期、易損度為判斷國產(chǎn)化必要性參考；標準化度、制造難度為具體劃分類別參考。最終將備件劃分為3種國產(chǎn)化類別即：國內采購、合作試制和改進自制。

國內采購型備件主要特點是備件購置周期長、易損度高、標準化程度適中、有成熟制造技術，國內可根據(jù)使用性能找到成熟替代產(chǎn)品。

合作試制型備件主要特點是備件購置價格高、購置周期長、易損度低，多為非標產(chǎn)品，制造難度大，國內可通過專業(yè)廠商合作研發(fā)制造。

改進自制型備件主要特點是多為非標產(chǎn)品，易損度高、制造難度適中，可通過自身能力實現(xiàn)制造和性能適應性改進。

通過制作備件類別評價表(表1)，對備件進行系統(tǒng)性分類，以便制定準確的國產(chǎn)化實施方案。

表1 備件類別評價表(評價等級：高、中、低)

3.2 備件國產(chǎn)化實施方法及流程

根據(jù)不同備件國產(chǎn)化類別，對應設計3種國產(chǎn)化實施方法，細化備件國產(chǎn)化流程，確保國產(chǎn)化成功率及效果。

(1)國內采購型備件。此類備件主要包括密封O型圈和石墨密封墊片、空氣過濾器、油冷卻器、交流接觸器和熱繼電器等，以國產(chǎn)備件全部替換為目標，此國產(chǎn)化重點為明確原備件工作原理和性能，調研制造商能力并確保國產(chǎn)備件性能完全滿足進口備件性能要求，國內采購流程，如圖1所示。

圖1 國內采購流程

(2)合作試制型備件。此類備件主要包括活塞—氣缸組件、活塞環(huán)、氣閥，此國產(chǎn)化重點為因備件成套進口，缺少設計資料，需要尋求國內相關技術領域科研、制造公司密切合作，通過專業(yè)技術力量確保國產(chǎn)化合理性和有效性。合作試制型備件國產(chǎn)化流程，如圖2所示。

圖2 合作試制流程

(3)改進自制型備件。此類備件主要包括卸載器、卸載器活塞組件、密封擋圈等，此國產(chǎn)化重點為以自主完成測繪圖紙、匹配材料、核對裝配公差等工作，組織公司內部加工力量，按測繪尺寸加工或根據(jù)實際使用工況進行局部改進，保證備件的互換性和裝配性能，達到原備件使用壽命要求。改進自制型備件國產(chǎn)化流程，如圖3所示。

圖3 改進自制流程

3.3 部分備件國產(chǎn)化措施案例

3.3.1 密封O型圈國產(chǎn)化

(1)O型圈尺寸測繪，一般可采用游標卡尺直接測量O型圈內徑和斷面直徑，但由于O型圈在購置和保存過程中存在卷曲和壓折等問題，測量精度受到嚴重影響，此外由于設備經(jīng)過長時間運行，部分密封環(huán)境因腐蝕而變化，為確保國產(chǎn)化O型圈滿足實際尺寸要求，通過正向“設計途徑”測量O型圈密封環(huán)槽尺寸，以確定O型圈的尺寸。根據(jù)測量結果，對照密封件設計手冊中GB/T 3452.3-2005和JIS P/G 2401、AS568等國內外規(guī)格標準[3]，確定30余種O型圈尺寸，通過現(xiàn)有規(guī)格標準確定尺寸，可避免非標O型圈生產(chǎn)成本以及提升采購效率。

(2)O型圈材質選擇，一般需要考慮其自身回彈性、力學性能、性能穩(wěn)定性、耐腐蝕等方面，同時也需要考慮其使用環(huán)境為靜密封或是動密封、有無沖擊載荷、工作介質、工作壓力和溫度等因素。根據(jù)壓縮機密封O型圈多處于溫度160～200 ℃之間、壓力0.3～25 MPa間的環(huán)境中，需要對常用材料進行適應性能和價格比對，如表2，根據(jù)表格可知，可選用氟橡膠材料。

表2 O型圈選型

(3)O型圈測試定型，一般采用密封測試工裝，通過模擬實際工況下的壓力、溫度、載荷沖擊等因素，檢測O型圈使用效果。由于該設備用O型圈使用工況較復雜且所需條件較高，為準確驗證國產(chǎn)化備件實際性能，避免測試工裝所需成本，采用實際工況下運行測試，部分國產(chǎn)化O型圈測試結果，如表3所示。

表3 O型圈使用效果

(4)國產(chǎn)化備件使用效果?，F(xiàn)已完成該壓縮機90%密封O型圈國產(chǎn)化工作，國產(chǎn)化備件較原廠備件使用效果有所提升，部分密封件使用效果對比參數(shù)見圖4，成本對比見圖5。

圖4 O型圈使用效果對比(單位：臺時)

圖5 O型圈成本對比(單位：元)

3.3.2 四級缸套—活塞組件國產(chǎn)化

(1)明確產(chǎn)品原理和性能。缸套—活塞組件是往復壓縮機中直接進行氣體壓縮機的部分，是工作腔的主要構成。四級缸套—活塞組件設計工作壓力為35 MPa，屬于高壓等級，其材料選型需要滿足高壓承受能力。該設備活塞每分鐘需要完成1000次壓縮，屬于重載荷壓縮機，其活塞環(huán)槽尺寸、活塞環(huán)和刮油環(huán)強度都需要精細測繪加工。

(2)調研國內壓縮機企業(yè)制造能力。根據(jù)該備件的國產(chǎn)化需求，調研國內多家具備壓縮機生產(chǎn)制造能力企業(yè)，獲得數(shù)個國產(chǎn)化制造方案。

(3)評審各企業(yè)方案。針對各制造企業(yè)提出的國產(chǎn)化備件生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期、材質、使用壽命等指標，進行多方比對，表4和表5為報價和技術方案。

表4 方案報價

表5 技術方案

(4)合作完成制造過程。全面提供實體缸套—活塞組件及運行工況資料供研究所測繪設計，為進一步提升技術人員對備件的認知，要求技術人員全程參與試制工作，核對國產(chǎn)備件與進口備件尺寸，確保試制備件性能可替代進口備件。

3.3.3 卸載器及其活塞組件國產(chǎn)化

(1)明確產(chǎn)品原理和性能。卸載器在壓縮機中主要用于排放油水和卸除載荷功能，以降低壓縮機生產(chǎn)壓縮氣中油水含量，使壓縮機從滿載快速進入空載狀態(tài)，實現(xiàn)空載啟動和停機。運行中，卸載器通過各級壓力和接觸卸載器活塞面積差異形成二級控制三、四級油水排放的運行模式，卸載器活塞在每個卸載周期因密封而承受一次撞擊，根據(jù)每10 min卸載周期，設計壽命達到2000臺時，即滿足承受12000次沖擊要求。

(2)自主完成測繪、材料匹配、公差配合。卸載器主體由三部分組成，即三、四級活塞腔和二級承壓腔，另有2個卸載器活塞。由于卸載器主體為金屬材質機加成型，自主測繪相應的外形尺寸和管路螺紋參數(shù)，材料選擇硬鋁(7A09)即可滿足。卸載器活塞作為主要國產(chǎn)化備件，外形尺寸基于原有尺寸結合使用中出現(xiàn)的故障及后期二次修復的要求，利用PTC力學分析軟件進行仿真分析，優(yōu)化卸載器活塞端頭圓角過渡及長度，減少應力集中并減少活塞運動距離，降低運動末速度，減小撞擊強度。根據(jù)卸載器活塞工作環(huán)境屬于高壓差、強沖擊和摩擦環(huán)境，選用PEEK(聚醚醚酮)材料[4]。

(3)完成內部制造力量準備工作。根據(jù)卸載器的各項技術要求，編制卸載器加工工藝流程，協(xié)調專業(yè)機加部門的工藝人員，核對加工圖紙，完善加工工藝步驟，確定最終加工方案，申請機械加工及質量檢測。

(4)完成產(chǎn)品制造及后期改進工作。卸載器加工及質量檢測完成后，將各部件進行裝配，并將卸載器安裝到壓縮機上，對裝配尺寸偏差進行設計修正；檢查運行100～500臺時后卸載器密封孔和卸載器活塞密封面形變量、受力均勻情況進行檢查，并采取相應的方法進行改進。

4 進口設備備件國產(chǎn)化成果及工作展望

4.1 備件國產(chǎn)化實施進展，見表6

表6 國產(chǎn)化項目進展

4.2 備件國產(chǎn)化經(jīng)濟效益

4TH565W100型壓縮機通過建立備件國產(chǎn)化流程，已實現(xiàn)進口設備整體零部件80%國產(chǎn)化，通過國產(chǎn)化備件與進口備件費用對比可知每年可節(jié)約備件費用63.8萬元，如表7所示。

表7 國產(chǎn)化備件價格與節(jié)省成本

4.3 備件國產(chǎn)化工作展望

(1)建立完備的備件信息庫

結合ERP系統(tǒng)運行模式，將國產(chǎn)化備件分為不同類型，對國產(chǎn)化備件使用性能、采購價格、采購周期、備件庫存、消耗率等數(shù)據(jù)進行完備統(tǒng)計，通過獲取必要的采購信息，合理設定備件采購量及庫存量，控制庫存維持在滿足運行標準，減少不必要的成本占用。實時監(jiān)控各國產(chǎn)化備件的使用效果，對性能不穩(wěn)定等情況進行深入分析，及時調整設計參數(shù)，滿足實際使用需求。

(2)強化備件國產(chǎn)化能力

面對包括各級冷卻器在內的設備主要零部件老化，需要進一步提升大型零部件的國產(chǎn)化能力，加強技術人員專業(yè)知識學習，并聯(lián)合專業(yè)廠家對零部件進行測繪及再設計工作，確保設備大型備件滿足使用，補全現(xiàn)有備件國產(chǎn)化工作短板。

5 結語

備件國產(chǎn)化工作作為一項重要的降本增效措施已在公司多臺進口設備中應用，既滿足了設備運行所需備件儲備，也節(jié)省了大量經(jīng)費，同時促進技術人員從管理型向技術—管理型人才發(fā)展，為設備運行維護管理提高重要保障。國產(chǎn)化工作涉及專業(yè)廣，具有一定風險，需要進一步提升技術積累與認識，從而推動國產(chǎn)化工作平穩(wěn)發(fā)展。