高智龍

（伊犁新天煤化工有限責(zé)任公司，新疆 伊寧 835000）

1 機(jī)組主軸受到腐蝕損壞的情況

增壓透平膨脹機(jī)在安裝之后因?yàn)楣て诘耐七t，使得該機(jī)組長時(shí)間得不到測試，運(yùn)行之前需依據(jù)《增壓透平膨脹機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)條件》GB/T6894-2000的要求，對機(jī)組進(jìn)行檢查，保證機(jī)體的內(nèi)部不存在雜質(zhì)。但是在運(yùn)行之前未進(jìn)行相關(guān)檢查就運(yùn)行，以至于當(dāng)打開機(jī)組的膨脹節(jié)時(shí)發(fā)現(xiàn)入口處的管路中存在積水，內(nèi)壁有泥沙、鐵銹雜質(zhì)，解體增壓機(jī)和膨脹機(jī)進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)、增壓機(jī)內(nèi)存有積水，詳見圖1，機(jī)械主軸表面有嚴(yán)重的腐蝕情況，詳見圖2。將銹蝕雜質(zhì)清理干凈，部件上的腐蝕坑較為明顯，腐蝕坑會嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)子的動平衡，需返廠進(jìn)行維修，此膨脹機(jī)的功能轉(zhuǎn)速是29200r/min，機(jī)組中參數(shù)如表1。

圖1 膨脹機(jī)殼下部積水銹跡

圖2 被腐蝕的膨脹主軸

表1 膨脹機(jī)組的主要參數(shù)

2 分析主軸的銹蝕原理

完成與增壓機(jī)相連的管道配管工作后，需要進(jìn)行水壓測試，在水壓監(jiān)測前，施工人員沒有關(guān)閉增壓機(jī)設(shè)備出入口的蝶閥以及跨線的閥門，未按要求將盲板設(shè)置在增壓機(jī)出入口的法蘭處，由于蝶閥密封性比較差，在水壓試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)致水通過蝶閥流入增壓機(jī)的蝸殼中，增壓機(jī)的蝸殼中水位升至軸端的密封處，機(jī)組的軸端選用的是迷宮式的梳齒密封技術(shù)，在設(shè)備的主軸上加工迷宮式的梳齒，使其與合金靜環(huán)嚴(yán)實(shí)的貼合在一起組成軸封，其梳齒的密封間隙保持在＜0.05mm的范圍內(nèi)，其軸封內(nèi)必須要有密封氣，以防止泄露工質(zhì)，使?jié)櫥筒粫孤┻M(jìn)工質(zhì)氣體中。因軸封的密封氣還未投用，試壓水經(jīng)過增壓機(jī)的軸端密封流入進(jìn)軸承箱中(此時(shí)潤滑油箱與回油管路為隔離的狀態(tài))，設(shè)備軸承箱中的水位在上升至一定的高度后，會繼續(xù)通過膨脹機(jī)的軸端密封處流入至膨脹機(jī)殼內(nèi)。

工作人員在發(fā)現(xiàn)機(jī)組內(nèi)部進(jìn)水后，沒有意識到此問題嚴(yán)重程度，未進(jìn)行有效的排水處理工作，而且此類增壓透平膨脹機(jī)的蝸殼上沒有低點(diǎn)排凝的閥門，使得試壓水長期的積存在機(jī)組的蝸殼和軸承箱中，無法及時(shí)的排出。

增壓透平膨脹機(jī)的主軸是40CrNiMoA的材質(zhì)(化學(xué)成分詳見表2)，轉(zhuǎn)子部件長時(shí)間的浸泡在水中，使其表面出現(xiàn)電化學(xué)的腐蝕，腐蝕電池中的陰極反應(yīng)，主要為氧的還原原理，陽極的反應(yīng)為鐵的溶解原理。電極具體反應(yīng)如下：

表2 主軸材料具體化學(xué)成分

陰極(C)：2H2O+O2+4e=40H-

陽極(Fe)：2Fe-4e=2Fe2+

總反應(yīng)：2Fe+2H2O+O2=2 Fe(OH)2

反應(yīng)中生成的Fe(OH)2在有氧環(huán)境里繼續(xù)氧化，會生成Fe(OH)3，而Fe(OH)3在脫水后會生成紅銹Fe2O3。

3 腐蝕問題對設(shè)備轉(zhuǎn)子動力平衡產(chǎn)生的影響

主軸上的腐蝕坑，會不斷地降低設(shè)備上金屬材質(zhì)的韌性、塑性和強(qiáng)度等性能，使設(shè)備主軸的質(zhì)量出現(xiàn)嚴(yán)重的變化，而金屬的損失位置是在轉(zhuǎn)子部件的單側(cè)位置上，這會使得轉(zhuǎn)子部件出現(xiàn)質(zhì)量分布不均的情況，其旋轉(zhuǎn)的中心線會出現(xiàn)偏離，嚴(yán)重的影響膨脹機(jī)機(jī)械轉(zhuǎn)子部件的動力平衡。

按照《剛性轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)》GB/T9239-1988的標(biāo)準(zhǔn)條件，核算該轉(zhuǎn)子運(yùn)行中的不平衡量，以不平衡量來決定該轉(zhuǎn)子部件是否需返廠進(jìn)行修復(fù)。

不平衡量Uper標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式如下：

式中：M是轉(zhuǎn)子部件的本身質(zhì)量，kg；G是轉(zhuǎn)子部件平衡精度的等級，mm/s；r是轉(zhuǎn)子部件的校正半徑，mm；n是轉(zhuǎn)子部件的轉(zhuǎn)速，r/min。

校正平面不平衡的質(zhì)量是m，通過轉(zhuǎn)子的許用不平衡量Uper、不平衡質(zhì)量m、校正半徑r的關(guān)系Uper=m·r能夠得出轉(zhuǎn)子的許用不平衡的質(zhì)量，m=M·G×60×103/（2π·r·n）（g·mm）

膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量M是10kg，其平衡的精度等級為G=2.5mm/s，轉(zhuǎn)子的校正半徑是39mm，工作的轉(zhuǎn)速為n=29200r/min，計(jì)算后能夠得出轉(zhuǎn)子的許用不平衡的質(zhì)量：

m=lO×2.5×60×103/(2π×39×29200)=0.21g

根據(jù)其計(jì)算的結(jié)果可知，該機(jī)組的平衡等級的要求較高，其腐蝕坑使得轉(zhuǎn)子的質(zhì)量出現(xiàn)變化，在其旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)子重心的主慣性軸和旋轉(zhuǎn)軸線不相結(jié)合，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的離心力出現(xiàn)不平，干擾機(jī)械的周期性，使軸承上出現(xiàn)動力載荷，讓機(jī)組出現(xiàn)振動情況。轉(zhuǎn)子不平衡出現(xiàn)離心慣性，其方向會不斷的改變，主軸旋轉(zhuǎn)的中心位置也會不斷的變化，其離心力慣性的作用，會使得部件軸出現(xiàn)振動。

轉(zhuǎn)子的離心慣性力為F，是向量。

式中：F是離心慣性力，N；G是總質(zhì)量，kg；e是偏心距，m；n是轉(zhuǎn)速，r/min。

從此公式中可以得出，膨脹機(jī)在速度為29200r/min的運(yùn)轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)的中心之間會出現(xiàn)偏心距變化，使得轉(zhuǎn)子的離心力產(chǎn)生變化。

F=G·e·n2/900=10×e×292002/900=9.5×106e， 轉(zhuǎn) 子的離心慣性力在通過機(jī)械主軸作用于軸承上，加大軸承的承受載荷，是機(jī)械的運(yùn)行情況惡化。

部件平衡受到破壞會產(chǎn)生以下幾點(diǎn)嚴(yán)重后果：

（1）噪聲超標(biāo)，轉(zhuǎn)子振動會通過基座和軸承傳遞至建筑物上面，惡化現(xiàn)場的工作環(huán)境；

（2）振動使得軸承的溫度過高、動載荷較大，軸端的密封出現(xiàn)磨損，損壞機(jī)組軸承和密封部件，降低設(shè)備的使用效率和壽命；

（3）轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)反復(fù)的彎曲與內(nèi)應(yīng)力，使得轉(zhuǎn)子變得疲勞，容易造成重大的生產(chǎn)事故。

經(jīng)過分析，斷定該轉(zhuǎn)子需要返廠進(jìn)行修復(fù)，檢測合格后，才可以進(jìn)行回裝工作。另外，還需對設(shè)備管道進(jìn)行有效的化學(xué)清洗，清除掉管道內(nèi)壁的腐蝕物質(zhì)，保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 機(jī)組工作中的注意事項(xiàng)

（1）機(jī)組在現(xiàn)場的存放和安裝中，必須將儀表、法蘭、密封氣、電氣以及水接頭進(jìn)行有效的隔斷，做好重點(diǎn)部位的盲斷工作。防止雜質(zhì)進(jìn)入到機(jī)組內(nèi)部，損壞設(shè)備。

（2）機(jī)組在安裝之后，長時(shí)間沒有投入運(yùn)行，需要定期進(jìn)行設(shè)備潤滑油系統(tǒng)的運(yùn)行，以防轉(zhuǎn)動部件產(chǎn)生銹蝕，同時(shí)做好軸端的密封氣的投運(yùn)工作，防止液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入設(shè)備造成損害。

（3）不同環(huán)境氣候的地域中，設(shè)備的關(guān)鍵部件，應(yīng)選用耐腐性較好的材料，提高機(jī)械的抗腐性，防止頻繁更換零部件出現(xiàn)損壞情況。膨脹機(jī)組更換故障的轉(zhuǎn)動零部件是設(shè)備的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子要進(jìn)行動平衡的試驗(yàn)，會產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)上的巨大損失。

（4）機(jī)組的殼體需設(shè)置排凝的閥門，以防設(shè)備中存有大量液體損壞設(shè)備。

（5）加強(qiáng)針對工作人員的技能培訓(xùn)，機(jī)械操作的工作人員應(yīng)熟悉機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作的原理，明確設(shè)備的工作步驟以及注意事項(xiàng)，防止人為操作出現(xiàn)的失誤使設(shè)備出現(xiàn)損壞。

5 結(jié)語

增壓透平膨脹機(jī)是一種高速的精密設(shè)備機(jī)械，對操作的條件和工況的清潔度有著苛刻的要求。機(jī)組的安全運(yùn)行，需要保證在安裝過程中嚴(yán)格的按照增壓透平膨脹機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)和廠家提供的使用說明書進(jìn)行；操作人員要認(rèn)真學(xué)習(xí)設(shè)備的操作說明書，正確的使用設(shè)備，能夠準(zhǔn)確的判斷出設(shè)備出現(xiàn)的故障，保證設(shè)備的安全運(yùn)行，提高設(shè)備工作的運(yùn)行效率。