空壓機增速器齒面剝落的問題分析及國產化改造

王長華

（南京鋼鐵聯合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

空壓機增速器齒面剝落的問題分析及國產化改造

王長華

（南京鋼鐵聯合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

空壓機增速器在運行多年后，齒面發生嚴重的腐蝕、剝落現象，對此現象進行了原因分析，提出了改造思路與技術要點，經過多次實驗，改造獲得了成功。

增速器；點蝕；國產化改造

1 前言

空壓機是制氧機生產的關鍵設備，增速機是空壓機系統中的關鍵部件，主要作用增加空壓機轉速，傳遞扭矩作用。目前大型空分配備的空氣壓縮機要求空氣量大、運行穩定、節能，一般采用進口設備。在設備運行5～8年以后，設備不同程度出現問題，需要進行檢修。在購買進口設備的部件時，發現備件極其昂貴。目前企業效益下滑，在不影響設備性能情況下，必須進行國產化改造，以節約企業生產成本。

2 空壓機增速器齒輪故障分析

2.1 某鋼鐵企業2萬制氧機原料空壓機采用是MAN公司的單軸壓縮機，增速器采用BHS公司的產品，電機ABB公司產品。壓縮機在穩定運行6年以后，對壓縮機進行保養檢查時發現，增速器的齒輪出現點狀凹坑和齒面剝落情況。

2.2 故障原因分析

2.2.1 齒輪疲勞破壞。齒輪表面發生點蝕和剝落的原因主要是齒輪的接觸疲勞強度不足。

（1）材質缺陷。齒輪的材質本身存在缺陷，輪齒表面或內部有裂紋、砂眼等。

（2）熱處理后的輪齒硬度較低，無法保證齒輪應有的接觸疲勞強度，不滿足使用要求。齒輪雖然是BHS公司產品，不排除材質和熱處理存在問題。

2.2.2 潤滑油影響。該機潤滑油采用的美孚潤滑油，渠道正常，油質應該沒有問題。但是在開機過程中，當油溫達不到設計溫度時，啟動壓縮機，繼而加載，可能加劇點蝕。

2.2.3 載荷影響。該機組在投運后，由于進口導葉等原因，機組多次出現放空等問題，機組反復開停和卸載加載。同時該機由于操作原因，出現多次喘振現象，載荷急劇變化。幾個問題對齒輪產生強力沖擊，加速齒輪裂化。

2.2.4 電蝕問題。該套機組由于建設地點在風化石區域，在建設時，接地問題不能有效解決。該機在投用后，控制信號多次干擾，說明接地不好。由于接地不好，在齒輪表面形成靜電腐蝕問題。但是，壓縮機、增速器、電機軸頸均沒有發生。該問題應該可以排除。

2.2.5 裝配問題。通過檢測，該機的接觸面積、平性度、水平度、同心度均沒有問題。

由于齒輪剝落比較嚴重，齒輪運行的風險加大，因此必須對齒輪進行處理。三個處理思路：（1）修復，考慮齒面大面積剝落，修復難度大，修復后性能能否保證存在疑問；（2）購買備件更換。此方法最簡單，但是設備昂貴。外國公司報價幾乎無法接受；（3）國產化改造。

最終考慮機組運行、費用、周期等一系列問題，決定對齒輪進行國產化改造。考慮到地理、技術、風險等因素，與南京某高速齒輪箱廠進行技術合作。

3 改造思路和技術要點

（1）由齒輪箱廠對進口的齒輪箱進行整體測繪。包括：齒輪箱外型、齒輪對、軸承、潤滑系統等。取得現有齒輪箱的完整尺寸。

（2）在測繪基礎上，對齒輪箱進行再設計。設計內容包括：箱體、齒輪對、軸承、連軸器等。

（3）完善控制系統和潤滑系統。包括：油泵設計、振動設計等。

4 改造過程與調試

4.1 確定技術參數

（1）型號及布置型式：NGSX630，結構型式原進口相同（乙方制造產品保證裝配尺寸與現場原齒輪箱一致，包括齒輪箱地腳螺栓孔尺寸、高速軸伸出長度、低速軸伸出長度、齒輪箱中心標高，大小齒輪中心距等）；

（2）齒形齒面要求：漸開線硬齒面，單斜齒；（3）齒輪制造精度：ISO1328-5級；

（4）旋轉方向:從壓縮機看齒輪箱高速軸為順時針；

（5）潤滑方式：采用強制潤滑，低速軸頭帶進口主油泵（德國克拉赫特齒輪泵，轉速1450 r/min，流量450 L/min，帶安全閥，泵的工作壓力0.2～1.6 MPa）；

（6）過濾精度：20 μm；

（7）進油壓力：0.15～0.2 MPa；（8）進油溫度：40±5℃；（9）油品種類：ISOVG46；（10）效率：＞98%；

（11）額定功率：11000 kW，輸入轉速1489 r/min，輸出轉速7489 r/min；

（12）動平衡精度：按API613。

4.2 技術要求

（1）設計標準：參照API613標準設計制造；

（2）齒輪箱傳動的額定功率符合API613和AGMA420或421規定要求；（3）齒輪箱密閉，不允許漏油或其他外物侵入；（4）齒輪的材料力學性能及熱處理需符合GB3077-87和GB8539-87的有關規定；

（5）軸承結構形式：滑動軸承（高速軸采用兩個徑向瓦，低速軸為徑向推力瓦組合）；

（6）進出油孔的位置：以原外形為準；

（7）所有測振、測溫孔按照原外形為準，除安裝探頭外的孔，其余全部預留；

（8）齒輪箱高低速軸伸出端與現場原聯軸器的配合嚴格按照原裝設備技術要求；

（9）動平衡精度：單聯軸器動平衡精度G＜1，雙聯軸器動平衡精度G＜2.5（ISO1940）。

4.3 改造過程

4.3.1 第一次調試，設備制造完成后到現場進行調試安裝合格后試車

試車過程中開機就發現齒輪箱低速軸自由端軸承溫度直接上升至100℃，緊急停車。廠家處理軸承，再次空負荷試車軸承溫度正常。后帶風機試車，機組運行后齒輪箱箱體振動很大，壓縮機及電機振動正常。待空壓機運行至正常工況后，檢測數據顯示振動嚴重超標（最大振動47 mm/s），主要顯示為軸向振動，被迫停車。停車進行檢查，對齒輪箱開箱檢查，發現高速軸聯軸器端面跳動最大0.3 mm，高速軸自由端推力盤跳動0.18 mm，決定返廠進行處理。在制造廠內，將高速軸聯軸器端面進行磨削0.3 mm，大小齒輪均用齒輪精度測量儀進行測量，對低速大齒輪進行修復、高速軸推力盤進行修復，重新配合、著色，做低速動平衡校驗等。完成工廠試車，各項數據基本正常。

4.3.2 第二次調試

設備到廠后，安裝過程嚴格按照設備安裝技術要求進行。不帶風機試車，各項數據正常。帶負荷試車，開機運行發現振動比修復前有所減小，但是箱體振動依然很大，壓縮機及電機振動均在正常水平。經檢測振動值最大為28 mm/s，嚴重超標，和第一次情況基本相同。經過研究決定觀察振動趨勢變化，3日后檢測時發現最大振動值已有所上升，最大至32 mm/s。檢測人員再次測量箱體振動已基本增加至修復前數值，決定停機。

根據此次試運行情況，認為主要問題集中在箱體的剛度、軸承抗振性、軸向力平衡上，由設備廠家對設備箱體重新設計處理。

4.3.3 第三次試車

在設備廠家經過約4個月制造后，箱體增加剛度、更換了進口軸承。設備運行現場繼續調試，試機后，機組運行正常。振動值符合要求，整體振動明顯降低，改造前后空壓機齒輪箱各項指標對比見表1。

5 結束語

此次國產化改造，設備廠家和用戶均付出很大的努力。一度認為改造失敗，但是最終通過技術人員鍥而不舍的努力得以成功。制氧系統設備大量采用進口，在保證設備正常運行情況下，進行國產化改造是降低設備維修費用的有效途徑。

Analysis of Tooth Chipping of the Gear Speeder for Air Compressor and Domestic Conversion

WANG Changhua
（The Oxygen-making Plant of Nanjing iron and Steel Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China）

After many years of operation of the air compressor speeder,the gear teeth were seriously corroded and chipped.This problem was analyzed and transformation ideas and technical essentials were put forward.Through much experiment the transformation was successfully completed.

speeder;pitting corrosion;domestic conversion

表1 改造前后空壓機齒輪箱各項指標對比

TH45

B

1006-6764(2015)03-0019-03

2014－12－04

王長華（1972－），男，1992年畢業于南京化工學校化工機械專業，本科學歷，工程師，現從事制氧設備管理工作。