2MCL455型離心壓縮機無油運轉故障分析及修理方法

章燚

（中國航發湖南動力機械研究所，湖南 株洲 412002）

0 引言

離心壓縮機作為一種動力機械設備，在化工、冶煉、石油、航空航天等領域已被廣泛應用。我所氣源配置有2MCL455型離心壓縮機，該機組軸系示意見圖1，電機與增速箱、增速箱與增壓機均通過膜片聯軸器聯接。承超溫報警（報警溫度：80℃），且報警溫度持續上升，在運行現場發現該臺機組各軸承處出現不同程度的冒煙現象，且散發出焦糊氣味。增速箱、壓縮機各軸承部位溫度均較高。

圖1 MCL455型離心壓縮機軸系示意圖

對該機組增速箱、軸承座，壓縮機轉子兩端軸承座等關鍵部位進行分解檢查。檢查發現增速箱支撐軸承磨損嚴重，與軸承配合處軸頸表面附著有巴氏合金，轉子支撐軸承、推力軸承、級間密封磨損嚴重，與軸承配合處軸頸表面附著有巴氏合金，現場故障圖片見圖2.

2017年9月，一臺2MCL455型離心壓縮機在停車狀態時被壓縮空氣吹轉，該機組的增速箱、增壓機等關鍵部件在無油潤滑的情況下被高壓氣流吹轉，導致增速箱大、小齒輪軸以及支撐軸承不同程度磨損，壓縮機轉子軸頸部位及其支撐軸承、推力軸承、油封、軸端密封磨損嚴重，該機組不能正常工作，為保障科研生產工作可以順利開展，需對該離心壓縮機進行修理。

圖2 現場故障圖片

2 無油運轉故障分析

1 無油運轉故障現象

2017年9月7日，工作人員按照運行計劃安排，從9時53分開始，先后投入2臺2MCL607離心壓縮機（壓力：1.0 MPa（A），流量：10 kg/s）供氣，運行至 12時58分，發現未投運的一臺2MCL455型離心壓縮機（壓力：3.0 MPa（A），流量：10 kg/s）轉子非驅動端軸

查閱該離心壓縮機組運行歷史數據與現場監控畫面，結合拆解情況進行綜合分析，造成此次故障主要原因是該離心壓縮機潤滑油系統因未投運，在無油潤滑情況下運轉了14 min，各關鍵部件軸承軸瓦與軸頸間處于“干磨”狀態，溫度迅速上升，導致了軸瓦材料巴氏合金熔融附著在軸頸處[1]；其次在2MCL607離心壓縮機投入運行時，其供氣管路的隔斷閥由于誤操作未處于全關狀態，故障離心壓縮機進氣管路上的電動閥也沒有關閉，導致高壓氣流進入，吹轉壓縮機轉子；另外，這也反映離心壓縮機的控制系統運行數據檢測及監控功能不夠完善，離心壓縮機防誤操作的設計考慮不全面，不能在離心壓縮機異常運轉時，通過檢測異常數據來進行報警和保護[2]。

3 離心壓縮機修理方法

根據故障分析得出的原因和故障現象，為修復該離心壓縮機組，首先需要對壓縮機各關鍵部位的軸承、軸徑等進行修理；其次在各離心壓縮機增速箱聯軸器處增加測轉速傳感器，并將傳感器信號上傳至機組控制系統內；最后對離心壓縮機各運行人員進行安全和操作培訓，避免再發生類似閥門誤操作現象。本文重點描述對壓縮機各關鍵部位的修理過程，控制系統及操作人員培訓等內容不再贅述。

3.1 增速箱修理

3.1.1 大、小齒輪軸修復

將增速箱大、小齒輪軸軸頸部位在車床上利用金相砂紙進行精拋光，拋去粘附的巴氏合金后，發現軸頸無磨損，軸頸尺寸在允許范圍內；軸頸修復后，對大、小齒輪軸進行動平衡試驗，檢測結果符合離心壓縮機使用說明書的技術要求，檢測數據見表1.

表1 大、小齒輪軸動平衡檢測數據

3.1.2 軸承修復與檢測

（1）軸瓦間隙測量

增速箱大、小齒輪軸支撐軸承軸瓦破壞嚴重，直接更換軸承。軸頸與軸瓦的間隙對于運轉時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45°角處），通過固定軸承，使軸瓦壓實鉛絲。

圖3 壓鉛絲法檢測軸瓦間隙

使用千分尺測量鉛絲厚度，測量結果按公式（1）計算，檢測數據見表2.

式中：δ為間隙值；A、B、a、b為鉛絲在各點的厚度。

表2 大、小齒輪軸瓦間隙檢測數據

（2）軸瓦緊力測量

軸瓦緊力保證了在運轉時軸承外圈不會在軸承座內產生晃動，對于避免軸承座磨損及機械振動十分重要。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45°角處），通過固定軸承座，使軸承座上蓋壓實鉛絲。

圖4 壓鉛絲法測軸瓦緊力

使用千分尺測量鉛絲厚度，檢測結果按公式（2）計算。檢測數據見表3.

式中：δ為軸瓦緊力；A、B、a、b為鉛絲在各點的

厚度；d為銅墊厚度。

表3 大、小齒輪軸瓦緊力檢測數據

3.1.3 大、小齒輪嚙合檢測

齒輪嚙合傳動時，為了在嚙合齒廓之間形成潤滑油膜，避免因輪齒摩擦發熱膨脹而卡死，齒廓之間必須留有間隙，同時齒輪副嚙合時需接觸良好，以保證齒間載荷分布均勻[4]。將增速箱大、小齒輪復裝，對大、小齒輪進行嚙合試驗，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，檢測結果符合離心壓縮機使用說明書技術要求，檢測數據見表4.

表4 大、小齒輪嚙合試驗檢測數據

3.2 增壓機修理

3.2.1 轉子軸修復

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

表5 轉子動平衡檢測數據

3.2.2 軸承修復與檢測

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

表6 轉子軸承配合間隙檢測數據

3.2.3 級間密封間隙檢測

將轉子復裝至壓縮機定子上，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流量及運行效率十分重要，使用塞尺測量級間密封與轉子軸間隙，檢測示圖見圖5：

圖5 級間密封檢測示圖

檢測結果符合離心壓縮機使用說明書的技術要求，檢測結果見表7.

表7 轉子軸與級間密封間隙檢測數據

3.3 離心壓縮機安裝與調試運行

3.3.1 增速箱與增壓機安裝調整

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

表8 增速箱輸出軸與轉子輸入軸的同軸度數據

3.3.2 電機與增速箱安裝調整

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

表9 電機輸出軸與增速箱輸入軸的同軸度數據

3.3.3 離心壓縮機調試運行

離心壓縮機安裝完畢之后，進行了空載及負載調試。空載運行時間約2 h；負載運行時間約4 h，運行過程中現場均無異?，F象。運行數據見表10.

表10 離心空壓機調試運行數據

從表10可以看出離心壓縮機增速箱軸承溫度、轉子軸承溫度、壓縮機軸振動及軸位移等各項檢測數據均在正常范圍內，與故障發生前該臺空壓機運行數據無較大差異，調試運行結果符合離心壓縮機使用說明書的技術要求。

4 結束語

無油運轉故障是離心壓縮機比較嚴重的故障現象，排除故障的方法較復雜。本文針對2MCL455型離心壓縮機無油運轉故障現象，分析了產生故障的原因，根據設備的受損情況，逐一提出了修理方法，機組修復后進行了調試運行驗證，科研生產工作可以順利開展，驗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.淺談設備潤滑技術與應用[J].活力，2009（18）：73.

[2]盛兆順.設備狀態監測與故障技術及應用[M].北京：化學工業出版社，2003.

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

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