大型空压机振动故障的修复

2015-12-27孟祥华王永杰王兴伟

中国设备工程 2015年5期

关键词：齿轮轴速比动平衡

孟祥华李鹏郭欢王永杰王兴伟

（1.中石化天然气榆济管道分公司，山东济南；2.沈阳鼓风机股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

大型空压机振动故障的修复

孟祥华李鹏郭欢王永杰王兴伟

（1.中石化天然气榆济管道分公司，山东济南；2.沈阳鼓风机股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

通过对离心式压缩机的振动原因分析和动平衡校正，解决了机组的停车故障。

结构；流速；压力；过盈配合值

图1是德国MAN曼透平公司为包头盈德气体厂提供的6万空分压缩机，结构为多轴组装式ARI（湿空气）压缩机。该压缩机由5个轴系组成，叶轮布置为悬臂式，且由6个叶轮组成1至6段气体压缩流程。

从气动方向看，它有5个气体冷却器，分别置于1至6段叶轮之间起到气体冷却作用。气体由1级至6级顺方向将压力逐渐递增。压缩机与原动机由膜盘联轴器联接，压缩机、汽轮机安装在同一钢筋混凝土结构基础上；整个机组采用润滑联合油站供油，其布置在一层。压缩机叶轮（蜗壳）的轴端密封采用碳环密封元件进行密封，机组由汽轮机拖动。

机器动力是以齿轮式结构来传递的，参数如下。

机组的额定功率：1.8万kW；

惰轮转速为2035r/min；

1、3级齿轮轴的转速12271r/min，其速比6.03；

2、4级齿轮轴的转速17602r/min，其速比8.65；

图1 组装式压缩机总图

5级齿轮轴的转速18416r/min；其速比9.05；

大齿轮轴的转速4762r/min；其速比2.34；

大允许残余不平衡值为11070gmm，14.76g；

入口压力为0.25MPa；额定入口温度45℃；

最大入口温度50℃；控制流量1205L/mm。

该机组在用户现场安装并网运转1年后，发现在大齿轮有振动突跳波动（振动值28～43μm）。后又恢复到30μm以下，机组运转20余天后又突然于3月26日该大齿轮又一次突跳停车。其振动值大于连锁值125μm，该大齿轮振动值要求在50μm以下。

一、机组故障停车原因分析

经对机组拆检发现，大齿轮的支撑轴承、推力轴承的过盈值、轴承间隙值均合格；齿的啮合面良好；大齿轮与轴配合的推力侧端面有0.04～0.14μm间隙且成倾斜的状态（图2）。

图2

查轴承，发现内孔和推力面均有聚碳现象（长期存在间隙所致）。查轴承发现各轴径运动轨迹方向成45°和225°方向（对称180°）的左右轨迹摆动范围，其它元件无刮痕损伤。

查振动频谱仪记录，发现大齿轮的振动频率有2、3、4倍频率，尤其是2倍频率特明显，高出主频近2倍，大齿轮轴的运行轨迹杂乱无序，其方向与实际轴承的运行轨迹方向相吻合，相位和轴的旋转初始角还在变化。所以可以判定大齿轮和轴颈之间存在轴向移动、周向转动、端面倾斜和摆动现象。

二、粗造度对大齿轮安装精度的影响

1.表面粗糙度对过盈配合的影响

工件表面的粗糙度属于微观几何误差，它影响着工件的摩擦系数、疲劳强度、接触面的刚度。

选择工件配合表粗糙度时，按照标准要求，孔的表面加工精度要比轴的低一级或相等。大齿轮的内孔与轴的配合公差应选为φ300h7/U6，其孔的表面粗糙度为Ra0.8，而轴的配合外径表面粗糙度选为Ra0.4。相配合的过盈值经计算按照设计结构及参数计算给出过盈值为0.75～0.8mm（2.5‰D+0.05）。

2.温度对过盈配合值的影响

大齿轮工作时的升温会造成孔和轴过盈值变化。

三、大齿轮载荷分析

大齿轮在工作时要承受4个小齿轮的交变载荷的力的冲击，会使大齿轮的齿环和轴之间的配合精度降低，易造成大齿轮的齿环和轴之间发生轴向移动、周向转动、齿环端面倾斜和摆动，如图2所示。

四、大齿轮的动平衡

根据大齿轮的振动现象看，决定对其作离线动平衡。大齿轮重量为3500kg，低速动平衡转速经计算（工作转速为2035r/min）定为550r/min，效核半径确定为750mm。通过动平衡机的检测得知该件原始的不平衡量为：两侧的不平衡量的位置近似于180°方位，不平衡量差值为127g（允许值为11070gmm，14.76g）超出允许值近8倍。利用加重和去重共用，使大齿轮恢复了平衡精度。