離心式壓縮機(jī)制造過(guò)程質(zhì)量控制要點(diǎn)研究

開賽爾江·庫(kù)爾班

（華陸工程科技有限責(zé)任公司，西安 710065）

1 引言

離心壓縮機(jī)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換需依托于葉輪的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，是一種可提供動(dòng)能與壓力能的機(jī)械設(shè)備。通常來(lái)說(shuō)，該設(shè)備主要執(zhí)行多級(jí)壓縮，其運(yùn)行原理是借助自帶的葉輪對(duì)氣體做功，氣體輸送進(jìn)葉輪與擴(kuò)壓器流道中，在離心升壓、降速擴(kuò)壓作用下，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能向氣體內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。要想有效發(fā)揮離心壓縮機(jī)運(yùn)作性能，就應(yīng)重視起設(shè)備的高質(zhì)量制造，為設(shè)備良好、穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)設(shè)有利的先決條件。

2 離心式壓縮機(jī)構(gòu)造研究

離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)可細(xì)分兩部分即靜子和轉(zhuǎn)子，其中，靜子結(jié)構(gòu)有隔板、機(jī)殼、級(jí)間密封等；轉(zhuǎn)子包括大量旋轉(zhuǎn)零件，如平衡盤、葉輪、主軸等。機(jī)械具體構(gòu)造如下：（1）水平軸向部分型。靜子有密封、焊接機(jī)殼；轉(zhuǎn)子包含聯(lián)軸器、推力盤、隔套、軸套、葉輪。（2）垂直徑向部分型。靜子為隔板、內(nèi)機(jī)殼、端蓋、機(jī)殼；轉(zhuǎn)子與水平軸向構(gòu)造相同。（3）整體齒輪增速。靜子有型環(huán)、擴(kuò)壓器、蝸殼、齒輪箱體；轉(zhuǎn)子包括葉輪、聯(lián)軸器、低速齒輪軸、低速齒輪、高速齒輪。離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 離心式壓縮機(jī)制造質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

3.1 前期準(zhǔn)備工作

石油化工生產(chǎn)時(shí)使用的離心壓縮機(jī)需按照API 617Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compressors for Petroleum Chemical and Gas Industry Services進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，同時(shí)也需依據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行質(zhì)量檢驗(yàn)與驗(yàn)收工作。作業(yè)前，要求檢驗(yàn)人員仔細(xì)研讀、明確委托方出具的制造圖紙圖表、技術(shù)協(xié)議、技術(shù)協(xié)調(diào)會(huì)議紀(jì)要等內(nèi)容，還應(yīng)匯總、整理所有技術(shù)函件與技術(shù)文件資料。深層次剖析文件中談到的重要信息，并在核驗(yàn)計(jì)劃設(shè)計(jì)時(shí)加以體現(xiàn)。在此期間，若發(fā)現(xiàn)技術(shù)文件資料與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定缺乏統(tǒng)一性，則需在第一時(shí)間告知給委托方。此外，組織檢驗(yàn)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)查看制造圖紙與工藝流程，了解生產(chǎn)計(jì)劃，以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)檢驗(yàn)試驗(yàn)方案以及各類質(zhì)量管理文件。根據(jù)設(shè)備制造質(zhì)量要求，采購(gòu)、引進(jìn)相應(yīng)的制造工具、器械、裝備以及性能檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)用到的儀器儀表、量具、工、卡等。為保證制造工藝質(zhì)量實(shí)施、各類加工設(shè)備正確操作，需對(duì)工作人員專業(yè)程度進(jìn)行規(guī)定，均需持有相應(yīng)的資格證書。準(zhǔn)備工作結(jié)束后，制定質(zhì)量控制計(jì)劃與監(jiān)理細(xì)則，并移交給上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)審核[1]。

3.2 構(gòu)件綜合檢驗(yàn)

構(gòu)件材質(zhì)檢查：構(gòu)件制造毛坯鍛件合格證、熔煉鋼錠合格證、構(gòu)件熱處理報(bào)告、構(gòu)件熱處理后的機(jī)械性能。

液壓滲漏構(gòu)件檢查：高位油箱、主油箱、壓縮機(jī)回路油管、增速齒輪箱。

構(gòu)件尺寸及外觀質(zhì)量檢查：所有構(gòu)件主要配合尺寸、隔板束水平度；鉚焊件、鍛件、鑄外觀質(zhì)量及內(nèi)部清潔度。

3.3 承壓部件試驗(yàn)

首先，水壓試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)考核承壓件的剛度與強(qiáng)度，主要包括壓力容器殼體、壓縮機(jī)機(jī)殼、密封腔等，按API 617所設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)確定試驗(yàn)壓力，若在保壓過(guò)程中出現(xiàn)泄漏，則需分析原因并處理。

其次，壓力試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)施加的壓力是承壓件最小壓力的1.5倍，保壓時(shí)間超過(guò)0.5 h。試壓結(jié)束后，需檢查構(gòu)件完好程度，是否有裂紋、零件變形等問(wèn)題，找出問(wèn)題發(fā)生原因并嘗試修復(fù)，直至復(fù)檢合格。

最后，氣密性試驗(yàn)。對(duì)于存儲(chǔ)危險(xiǎn)性氣體的壓縮機(jī)構(gòu)件，完成水壓、壓力試驗(yàn)后，應(yīng)開展氣密性試驗(yàn)工作，其目的是檢驗(yàn)承壓件在壓力狀態(tài)下是否會(huì)發(fā)生氣體泄漏。試驗(yàn)氣體有氦氣、氮?dú)?，試?yàn)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 氣密性試驗(yàn)要求及標(biāo)準(zhǔn)

3.4 熱處理檢查

熱處理檢查的構(gòu)件及檢查方法如下：（1）齒輪箱體。焊后消應(yīng)力熱處理。（2）大齒輪與軸齒輪。粗加工后消應(yīng)力熱處理，前兩項(xiàng)檢查工作主要用于配備有齒輪箱的齒輪整體增速型壓縮機(jī)。（3）隔板。鑄造后消應(yīng)力熱處理。（4）焊接機(jī)殼。焊后消應(yīng)力熱處理、粗加工后消應(yīng)力熱處理，適用于水平部分型壓縮機(jī)。（5）葉輪。粗加工后消應(yīng)力熱處理、焊后消應(yīng)力熱處理、半精加工后固溶化+真空時(shí)效熱處理。（6）主軸。粗加工后消應(yīng)力熱處理、半精加工后穩(wěn)定化熱處理。（7）推力盤與平衡盤。粗加工后消應(yīng)力熱處理。（8）端蓋與筒體。粗加工后消應(yīng)力熱處理，主要用在垂直部分型壓縮機(jī)。

3.5 無(wú)損探傷檢查

針對(duì)不同經(jīng)熱處理的構(gòu)件均需進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，檢測(cè)方法如下：（1）齒輪箱體，若離心壓縮機(jī)附近設(shè)置有氣管路，應(yīng)進(jìn)行PT檢測(cè)（滲透檢測(cè)）；（2）大齒輪與軸齒輪，粗加工后開展UT檢測(cè)（超聲檢測(cè)）、精加工后執(zhí)行MT檢測(cè)（磁粉檢測(cè)）；（3）隔板，MT/PT檢測(cè)，若技術(shù)協(xié)議中有特殊規(guī)定，則需按規(guī)定執(zhí)行；（4）焊接機(jī)殼，焊接軸承體與中分面法蘭，執(zhí)行UT檢測(cè)，使用RT檢測(cè)法檢查進(jìn)出風(fēng)筒環(huán)焊縫，同時(shí)，還需應(yīng)用PT檢測(cè)法檢查彎板與端板，用于水平部分型壓縮機(jī)；（5）葉輪，粗加工后進(jìn)行UT檢查、精加工后執(zhí)行MT檢測(cè)。此外，超速試驗(yàn)、精加工、固溶化熱處理、消應(yīng)力熱處理結(jié)束后，均需使用PT檢測(cè)法執(zhí)行檢測(cè)工作；（6）推力盤、平衡盤、主軸，粗加工、精加工后分別執(zhí)行UT檢測(cè)、MT檢測(cè)；（7）端蓋與筒體，粗加工后UT檢測(cè)、精加工后MT檢測(cè)，完成端蓋焊接后執(zhí)行PT檢測(cè)[2]。

3.6 葉輪超速試驗(yàn)

葉輪是離心壓縮機(jī)重要組成結(jié)構(gòu)，亦是影響離心機(jī)制造質(zhì)量的關(guān)鍵，對(duì)此，應(yīng)執(zhí)行葉輪超速試驗(yàn)。主要試驗(yàn)設(shè)備為專業(yè)超速試驗(yàn)機(jī)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速為葉輪最高連續(xù)工作轉(zhuǎn)速的115%，超速時(shí)間控制在1～5 min。試驗(yàn)環(huán)境為真空度低于133 Pa，確保葉輪運(yùn)作狀態(tài)平穩(wěn)，且無(wú)任何非正常聲響，隨后適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，達(dá)到超速試驗(yàn)轉(zhuǎn)速時(shí)停止。葉輪超速試驗(yàn)開展目的是檢驗(yàn)焊接葉輪剛度與強(qiáng)度，因此，試驗(yàn)前、后均需檢查、記錄焊接部位的變形情況，若大于API 617中設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，則表示葉輪剛度質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。如果試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，應(yīng)立即使用PT檢測(cè)法依照委托方提供的技術(shù)文件規(guī)定檢查葉輪焊縫變形量：停運(yùn)葉輪設(shè)備，待其表面溫度與室溫溫度相同后，根據(jù)試驗(yàn)前所做標(biāo)記對(duì)應(yīng)的測(cè)量口圈尺寸，觀察尺寸是否有明顯變形，并給出葉輪超速試驗(yàn)判定結(jié)果。判定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 葉輪口圈外徑變形量判定標(biāo)準(zhǔn)

如果葉輪變形較為明顯，工作人員應(yīng)計(jì)算葉輪口圈伸脹率：伸脹率=[（超速后尺寸-超速前尺寸）/超速前尺寸]×100%。計(jì)算結(jié)果若超過(guò)0.03%，嚴(yán)禁再投入使用；如果計(jì)算結(jié)果等于或未達(dá)到0.03%，但不在變形量允許范圍內(nèi)，應(yīng)停運(yùn)葉輪12 h再進(jìn)行超速試驗(yàn)工作，也可在新口圈尺寸的基礎(chǔ)上做二次超速，若各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果均不達(dá)標(biāo)，則需上報(bào)給上級(jí)部門，匯總所有材料，在各級(jí)人員相互探討與協(xié)商下，確定是否進(jìn)行第3次超速試驗(yàn)或做報(bào)廢處理。

3.7 主機(jī)裝配控制

以垂直部分型壓縮機(jī)為例，主機(jī)裝配質(zhì)量控制流程如下：

首先，需檢測(cè)轉(zhuǎn)子組、靜子組運(yùn)行狀態(tài)，確保符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)后才可執(zhí)行主機(jī)裝配工作。

其次，裝配、檢查各部件。裝配軸承時(shí)，將軸承輕放至機(jī)殼或軸承體的軸承孔內(nèi)，并保證二者均勻接觸，接觸面至少大于軸承表面積的65%，若未達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，需使用刮刀或銼刀修磨接觸部位。緊接著將轉(zhuǎn)子組吊放進(jìn)兩軸承孔內(nèi)，并細(xì)致、全面檢查各部位間隙，包括推力間隙、頂間隙、軸承測(cè)間隙等，還應(yīng)檢查、記錄各部位密封牙尖與相對(duì)應(yīng)部位密封間隙值。完成此項(xiàng)工作后，檢測(cè)轉(zhuǎn)子軸向傳動(dòng)量與各葉輪出風(fēng)口相對(duì)應(yīng)隔板對(duì)中情況。

最后，按照委托方提供的制造圖紙及要求，在上隔板外圈與機(jī)殼對(duì)應(yīng)位置、隔板與密封外圈對(duì)應(yīng)處設(shè)置攻絲孔，并安裝固定墊。裝配軸承壓蓋，在此基礎(chǔ)上，吊出機(jī)殼內(nèi)各裝入部件，全方位清理機(jī)殼內(nèi)、密封表面、隔板表面雜物，并按照要求依次裝配。翻轉(zhuǎn)、吊起上隔板，順著下機(jī)殼兩根導(dǎo)桿，將隔板放在下機(jī)殼上，并使用螺栓做好固定[3]。

3.8 運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)及發(fā)運(yùn)前檢查

壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)期間，要求其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)超過(guò)4 h，軸承及潤(rùn)滑油無(wú)明顯升溫現(xiàn)象，且軸驅(qū)動(dòng)與非驅(qū)動(dòng)端沒有濾波雙向振幅，運(yùn)作過(guò)程中，聲音正常并始終低于最大噪聲設(shè)定值。還需執(zhí)行解體檢查工作，檢查內(nèi)容有軸頸表面、全部軸瓦、口圈密封、平衡盤密封（見圖2）等，確定無(wú)劃傷、劃痕。

圖2 平衡盤密封檢查

涂裝、發(fā)運(yùn)前檢查：離心壓縮機(jī)制造結(jié)束后，應(yīng)保證產(chǎn)品銘牌、轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)固定良好，通常放置在設(shè)備醒目位置，全面處理機(jī)加工、非機(jī)加工表面銹蝕，并密封公用接口與所有開口。按照簽訂合同細(xì)則，需配有充足可替換墊片、法蘭及螺栓螺母。細(xì)致檢查機(jī)組色標(biāo)，做好零部件、配套件清點(diǎn)工作，還需核對(duì)各項(xiàng)技術(shù)制造與要求文件。檢查離心機(jī)包裝完好性，并試驗(yàn)包裝防潮、防雨性能，而一些零散部件需另設(shè)包裝進(jìn)行固定，完成最終封箱工作。

4 結(jié)語(yǔ)

離心壓縮機(jī)是石油化工生產(chǎn)期間最為重要的設(shè)備，其制造質(zhì)量以及運(yùn)行狀態(tài)均是影響化工生產(chǎn)效率與水平的關(guān)鍵。為保證設(shè)備科學(xué)、專業(yè)制造，就應(yīng)加大對(duì)該環(huán)節(jié)質(zhì)量的控制力度，積極落實(shí)承壓部件試驗(yàn)、無(wú)損探傷檢查等工作，為離心壓縮機(jī)整體運(yùn)行質(zhì)量提供保障。