王 帥，岳海文，趙建信

(安陽鋼鐵股份有限公司制氧廠，河南安陽 455004)

透平壓縮機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備。由于軸瓦竄量造成擴(kuò)壓器與葉輪摩擦受損，進(jìn)而葉輪動(dòng)平衡破壞、壓機(jī)軸振動(dòng)量超標(biāo)，造成本文所述設(shè)備事故。其修復(fù)方法可供參考。

安鋼集團(tuán)股份有限公司制氧廠1#23500空分工程25 000 Nm3/h氮壓機(jī)由英格索蘭公司生產(chǎn)，2004年11月28日投產(chǎn)，型號(hào)C180MX3N2，三級壓縮，整體齒輪式布置，電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)大齒輪，大齒輪驅(qū)動(dòng)三個(gè)行星輪，三個(gè)葉輪由三個(gè)行星輪帶動(dòng)，額定排氣量25 000 Nm3/h，工作壓力1.0 MPa。此設(shè)備擔(dān)負(fù)著公司氮?dú)夤?yīng)的重要任務(wù)，其損壞直接影響公司的正常生產(chǎn)。

1 故障現(xiàn)象

此機(jī)組自投產(chǎn)以來，運(yùn)行一直比較穩(wěn)定。2011年11月因配合公司生產(chǎn)停車，2011年11月24日上午，1#23500機(jī)組25000氮壓機(jī)開車啟動(dòng)，在正常運(yùn)行后自動(dòng)加載，在加載后的30 s內(nèi)氮壓機(jī)三級軸振動(dòng)從正常值升高到連鎖停車值，氮壓機(jī)連鎖停車。由于二級軸振動(dòng)的振幅在極短的時(shí)間內(nèi)升高，初步判斷為儀控振動(dòng)探頭出現(xiàn)故障，儀控人員就地對振動(dòng)探頭進(jìn)行檢查，并把三級探頭更換到二級上，然后盤車檢查，發(fā)現(xiàn)軸振動(dòng)為 8 μm，比平時(shí)(6 μm)略高，再次啟動(dòng)氮壓機(jī)，軸振動(dòng)值在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到聯(lián)鎖值再次停車。儀控人員拆下測振探頭再次檢查，確定探頭工作正常，盤車時(shí)發(fā)現(xiàn)軸振動(dòng)值為12 μm，已經(jīng)大大超過了正常值，于是，決定解體檢查。拆卸后發(fā)現(xiàn)葉輪與擴(kuò)壓器已經(jīng)嚴(yán)重磨損，葉輪每個(gè)葉片外邊緣有不同程度的磨損，葉片最高與最低處相差3 mm左右，擴(kuò)壓器上跟葉輪對應(yīng)的氣道壁由于嚴(yán)重磨損，導(dǎo)致大量的金屬屑散落，擴(kuò)壓器磨損量最多與最少處相差2 mm左右。另外葉輪側(cè)軸承瓦塊磨損變形嚴(yán)重，已不能使用。推力軸承表面沒有磨損，后軸承在振動(dòng)時(shí)造成輕微損傷。

葉輪與擴(kuò)壓器磨損情況如圖1所示。

圖1 葉輪與擴(kuò)壓器磨損圖Fig.1 The graph of impeller and diffuser wear

2 原因分析

經(jīng)過分析，找出兩個(gè)造成此事故的可能原因：

1.首先葉輪與擴(kuò)壓器軸向安全間隙過小，機(jī)器在啟動(dòng)加載后，轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)量突然增大，造成葉輪與擴(kuò)壓器輕微接觸磨損，從而使轉(zhuǎn)子組件的動(dòng)平衡開始破壞，振動(dòng)增大。隨著振動(dòng)增大，轉(zhuǎn)子組件的動(dòng)不平衡更加嚴(yán)重，最終導(dǎo)致葉輪與擴(kuò)壓器大面積磨損以及葉輪側(cè)軸承的損壞和變形。

2.首先軸承由于長期運(yùn)行，軸承徑向間隙已經(jīng)變大，開車加載后由于軸瓦振動(dòng)高，造成葉輪與擴(kuò)壓器徑向接觸磨損，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子組件的動(dòng)平衡被破壞，振動(dòng)又進(jìn)一步升高，最終導(dǎo)致葉輪與擴(kuò)壓器大面積磨損以及葉輪側(cè)軸承的損壞和變形。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of rotor structure

3 處理經(jīng)過

英格索蘭壓縮機(jī)從2004年起在我廠運(yùn)行至今，發(fā)生這么嚴(yán)重的事故還是第一次。事故發(fā)生后，我們向英格索蘭廠方咨詢，廠方回復(fù)說：“葉輪必須運(yùn)回去檢測，有必要更換葉輪?！笨紤]到如果更換葉輪，價(jià)格會(huì)在一百萬元以上，而且制造加工時(shí)間長，影響公司生產(chǎn)，我們決定和國內(nèi)生產(chǎn)葉輪的企業(yè)進(jìn)行合作，對葉輪進(jìn)行修復(fù)。開封一家企業(yè)距離我們很近，具備葉輪生產(chǎn)和修復(fù)的技術(shù)。經(jīng)過聯(lián)系，該廠派專業(yè)技術(shù)人員人到我廠查看實(shí)際情況，并共同制定了相應(yīng)的修復(fù)方案。我們對此種修復(fù)方案進(jìn)行了討論分析，認(rèn)為該方案可行。隨后，通知廠家按該方案對葉輪和擴(kuò)壓器分別進(jìn)行了修復(fù)。在廠家修復(fù)的過程中我們派專人到修復(fù)現(xiàn)場查看修復(fù)情況。2011年12月初修復(fù)完成，費(fèi)用只有十萬元左右。修復(fù)措施如下：

1.葉輪修復(fù)。首先把磨損最小的葉片形狀做出基模，然后把所有磨損葉輪葉片采用焊接修復(fù)的方法進(jìn)行補(bǔ)焊，最后按照基模形狀對補(bǔ)焊后的葉片通過機(jī)加工，使其恢復(fù)原有技術(shù)參數(shù)。

2.擴(kuò)壓器修復(fù)。先用現(xiàn)有的擴(kuò)壓器制作出弧度基模樣板，然后采用焊接和機(jī)加工方法進(jìn)行修復(fù)，使其達(dá)到原來的各項(xiàng)技術(shù)要求。

2011年12月，葉輪和擴(kuò)壓器經(jīng)修復(fù)完成，在更換了磨損的葉輪側(cè)軸承后對整套設(shè)備進(jìn)行了回裝。

4 改進(jìn)措施

回裝后，用百分表測得葉輪與擴(kuò)壓器凈間隙為0.78 mm，英格索蘭廠方指導(dǎo)凈間隙為0.813 mm，發(fā)現(xiàn)葉輪與擴(kuò)壓器凈間隙過小，為了減少類似事故的發(fā)生，我們對葉輪與擴(kuò)壓器的凈間隙進(jìn)行了調(diào)整。在調(diào)整過程中我們有意把葉輪與擴(kuò)壓器軸向凈間隙放大一些，在確保不影響設(shè)備運(yùn)行工況的前提下，更好地提高設(shè)備的安全運(yùn)行系數(shù)。調(diào)整方法為：先把轉(zhuǎn)子推到擴(kuò)壓器側(cè)，裝上百分表，表打在推力盤或者徑向軸承上，指針調(diào)到零位，然后把裝有調(diào)整墊塊的三條螺栓拆下，取出墊塊，松開三條頂絲，注意百分表讀數(shù)變化，記下讀數(shù)①，然后將轉(zhuǎn)子連同軸承再向擴(kuò)壓器方向用力推，記下此時(shí)百分表讀數(shù)②，②—①即為葉輪與擴(kuò)壓器之間的間隙，然后根據(jù)數(shù)據(jù)通過調(diào)整墊塊的厚度來調(diào)整該轉(zhuǎn)子軸向串動(dòng)量，以達(dá)到安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。按照上述方法我們將葉輪與擴(kuò)壓器的凈間隙調(diào)整至0.88 mm并回裝。

為了安全起見，我們對一級和三級葉輪與擴(kuò)壓器的凈間隙也用類似方法進(jìn)行了檢測和調(diào)整。調(diào)整前后的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 葉輪與擴(kuò)壓器凈間隙調(diào)整前后對比表Table 1 Comparison of net clearance of impeller and diffuser pre and post adjusting

5 試車情況

全部回裝完畢后順利開車，各級振動(dòng)值如表2(正常報(bào)警值為32 μm)。

經(jīng)過檢修，此氮壓機(jī)自2012年2月9日開車后一直運(yùn)行正常，各級振動(dòng)值均在允許范圍內(nèi)，而且原來的喘振現(xiàn)象也有所減少，排氣量較檢修前有了較大提高，增加了 1000 m3/h的氣量，達(dá)到了26000 m3/h，超過了其設(shè)計(jì)流量。

表2 氮壓機(jī)各級振動(dòng)值Table 2 Nitrogen compressor vibration value at all levels

6 結(jié)束語

實(shí)際證明，按此措施修復(fù)后的葉輪和擴(kuò)壓器完全能夠滿足其技術(shù)要求，不但節(jié)省了大量資金，而且大大縮短了修復(fù)時(shí)間，同時(shí)也為今后此型設(shè)備故障處理摸索出一條新路。