王志強(qiáng)

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司 沈陽）

離心壓縮機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，對各零部件，特別是轉(zhuǎn)子組部的加工及裝配要求很高，近年來，從用戶現(xiàn)場到我公司修復(fù)的大量國內(nèi)外各廠家的轉(zhuǎn)子中，離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子磨損所引起的振動發(fā)生的機(jī)率僅次于軸系的不平衡，在故障分析中占的比例越來越多。而對該類轉(zhuǎn)子的修復(fù)就顯得越來越重要，轉(zhuǎn)子通過修復(fù)，滿足出廠要求和用戶現(xiàn)場的運(yùn)轉(zhuǎn)要求，可以為用戶節(jié)省大量資金和寶貴的工期，創(chuàng)造最大的價(jià)值。

一、常見轉(zhuǎn)子磨損故障的分析處理

1.轉(zhuǎn)子結(jié)焦結(jié)垢導(dǎo)致的磨損

結(jié)焦、結(jié)垢是轉(zhuǎn)子常見的最普通也是最好處理的問題。某石化廠裂解氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，由于裂解氣中含有各種不飽和烯烴、金屬氧化物和硫化物，特別是硫化物、雜環(huán)氧化物，微量的溶解或懸浮狀的金屬離子共存，在85℃以上開始結(jié)焦發(fā)生聚合反應(yīng)，形成類似焦油的黏稠沉淀物，經(jīng)長時(shí)間作用阻塞葉輪、流道、密封等件。該轉(zhuǎn)子流道內(nèi)布滿結(jié)焦，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，機(jī)組振動大停車。這種沉淀物在壓縮機(jī)內(nèi)的高溫環(huán)境下是黏稠的，常溫常壓下會變得十分堅(jiān)硬?，F(xiàn)代風(fēng)機(jī)技術(shù)通過對機(jī)組結(jié)構(gòu)改造可以減少結(jié)焦的產(chǎn)生，但對結(jié)焦的轉(zhuǎn)子，則必須采取措施處理。通常對轉(zhuǎn)子結(jié)垢不嚴(yán)重的處理為轉(zhuǎn)子噴砂。將轉(zhuǎn)子軸頸保護(hù)好后，采用壓縮空氣，將噴料（銅礦砂、石英砂、金剛砂、鐵砂、海南砂）高速噴射到需要處理的葉輪流道內(nèi)，利用高速砂流的沖擊作用清理工件。但對結(jié)焦嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子，通過噴砂往往無法達(dá)到清理的目的，只能利用在風(fēng)砂輪上安裝類似銑刀的旋轉(zhuǎn)刀具，即俗稱風(fēng)銑子的工具進(jìn)行手工清理，這樣既能保證清理干凈，又能不損傷葉輪基底。

2.轉(zhuǎn)子銹蝕導(dǎo)致的磨損

由于機(jī)組防腐防銹措施不當(dāng)導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子銹蝕。制造廠家對出廠的轉(zhuǎn)子都有防腐處理，轉(zhuǎn)子出廠前噴涂防銹油。防銹油的有效期一般在1年左右，如果轉(zhuǎn)子長時(shí)間不使用，需要重新噴涂長效防銹油，充氮保護(hù)等。另外依據(jù)運(yùn)輸條件和保管環(huán)境，防銹油的選擇也有所不同，如果處理不當(dāng)，轉(zhuǎn)子就會發(fā)生銹蝕。表象為轉(zhuǎn)子表面有銹斑、銹跡甚至出現(xiàn)氧化皮起層剝離。圖1是某壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，軸頸、推力盤及圓盤有嚴(yán)重銹蝕的照片。通常，按銹蝕等級進(jìn)行不同的處理。按GB/T 8923.1—2011涂覆涂料前鋼材表面處理標(biāo)準(zhǔn)定義的銹蝕等級分為4類，即A、B、C、D等級。對A類銹蝕可以用除銹劑進(jìn)行除銹處理，由于除銹劑帶有一定的酸堿度，因此除銹完成的轉(zhuǎn)子必須立即涂防銹油進(jìn)行防銹。對于B、C類銹蝕，可以用除銹劑配合金相砂紙或油石進(jìn)行除銹處理。D類銹蝕，因?yàn)殇擉w表面已經(jīng)發(fā)生點(diǎn)蝕，在以除銹劑配合金相砂紙或油石進(jìn)行除銹處理后，依據(jù)點(diǎn)蝕所處位置和程度，需要進(jìn)一步判斷轉(zhuǎn)子是否可用，如可用，可按后面提供的處理辦法進(jìn)行修復(fù)。此臺壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子經(jīng)過金相砂紙美容處理后，軸頸表面合格，推力盤、推力盤鎖緊螺母和圓盤表面有部分點(diǎn)蝕，鎖緊螺母不需進(jìn)一步處理，可直接使用。推力盤和圓盤經(jīng)過進(jìn)一步處理后可再次使用。

圖1 銹蝕的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子

3.轉(zhuǎn)定子碰磨導(dǎo)致的密封磨損

為保證離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)性能，降低設(shè)備能耗，設(shè)計(jì)中往往把密封間隙、軸承間隙做得較小，以減少氣體介質(zhì)和潤滑油的泄漏。但是，小間隙除了易引起流體動力激振之外，還易發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子部件的摩擦。例如，軸的撓曲、轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子與定子熱膨脹不一致、氣體動力作用、密封激振力作用以及轉(zhuǎn)子對中不良等原因引起的振動，將引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動大于轉(zhuǎn)子與定子的間隙，輕者發(fā)生密封件的摩擦損傷，重者發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子部件的摩擦碰撞，碰摩一般由最初的局部碰摩逐漸發(fā)展為較嚴(yán)重的整周碰摩，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)，導(dǎo)致軸系破壞，引起嚴(yán)重的機(jī)器損傷事故。常見的表象為轉(zhuǎn)子口圈、級間隔套、軸套出現(xiàn)輕重不等的研傷痕跡，密封間隙變大，機(jī)組性能降低。由于各級密封選材時(shí)硬度都比轉(zhuǎn)子硬度低，因此通常為密封磨損，但由于機(jī)組都是在高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，轉(zhuǎn)子軸套和口圈也經(jīng)常出現(xiàn)磨損痕跡甚至材料去除。對機(jī)組檢修時(shí)，如果測量密封間隙過大，則更換備件密封，如更換后密封間隙依然超差，就需要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行一定的修復(fù)。常見修復(fù)有：對于輕微研傷，不影響密封間隙的情況下，使用金相砂紙將隔套、口圈、軸套上研傷痕跡砂光或減輕，即通常說的美容處理。如果研傷嚴(yán)重，影響到密封間隙，可以雙向選擇修復(fù)的方案。一種為配換密封法：如轉(zhuǎn)子相關(guān)部件有修磨余量，可以將研傷的位置按最小去除量用機(jī)加工的方法（車、磨）修光見圓，再按實(shí)際修復(fù)后尺寸配加工密封尺寸，保證密封間隙符合設(shè)計(jì)要求。反向的方案則為更換軸套法，即將磨損嚴(yán)重的軸套或隔套報(bào)廢，通過反向裝配的方法拆下，重新按設(shè)計(jì)圖樣補(bǔ)制新件并裝配。這種情況通常適用于轉(zhuǎn)子軸端密封套的更換，當(dāng)軸端密封使用碳環(huán)密封或其他類似對密封間隙要求較嚴(yán)格，且從密封上無法進(jìn)行調(diào)整時(shí)，只有將軸端密封套進(jìn)行更換。另外，當(dāng)各級隔套磨損嚴(yán)重、材料去除較多無法修復(fù)時(shí)，也只能采用轉(zhuǎn)子解體拆下隔套進(jìn)行更換的方式對轉(zhuǎn)子修復(fù)。

4.轉(zhuǎn)子與半聯(lián)軸器配合不當(dāng)造成的軸頭磨損

離心壓縮機(jī)使用的聯(lián)軸器為了在現(xiàn)場拆裝方便，目前以液壓裝配聯(lián)軸器為主，大多數(shù)都采用的錐孔錐軸配合，使用液壓泵，通過高低壓泵以一定的推進(jìn)量將半聯(lián)軸器裝配到轉(zhuǎn)子軸頭。推進(jìn)量的大小是通過機(jī)組功率和轉(zhuǎn)子各相關(guān)參數(shù)計(jì)算得到的，如果推進(jìn)量不足，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中就極容易發(fā)生聯(lián)軸器和轉(zhuǎn)子松脫，二者發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而將軸頭及半聯(lián)軸器研傷甚至研死。圖2為某返廠的轉(zhuǎn)子，用戶為了提高機(jī)組性能，開車到轉(zhuǎn)速后擅自提速，造成振動大，拆檢后發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器脫落。對此類轉(zhuǎn)子的修復(fù)處理有3種。①將轉(zhuǎn)子軸頭修光，進(jìn)行硬度測量，并將軸頭修復(fù)后的實(shí)測尺寸和硬度值提供給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行計(jì)算，如轉(zhuǎn)子軸頭強(qiáng)度和剛度依然滿足要求，則重新設(shè)計(jì)配套聯(lián)軸器，即將聯(lián)軸器內(nèi)孔縮小，按新軸頭尺寸進(jìn)行加工，并配磨錐度，保證轉(zhuǎn)子和半聯(lián)軸器接觸面積達(dá)到85%以上。②如轉(zhuǎn)子軸頭損傷嚴(yán)重，去量較大，則對轉(zhuǎn)子軸頭進(jìn)行冷焊或激光熔鑄。冷焊或激光熔鑄的技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速,與火焰噴涂、電弧噴涂、等離子噴涂比較具有熱變形小、熱疲勞損傷小、結(jié)合強(qiáng)度高、焊接應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn),因此,已廣泛用于航天、石油、冶金、船舶等領(lǐng)域。根據(jù)主軸材料，選擇合適的不同金屬粉末進(jìn)行配方，達(dá)到與母材材料基本一致，盡可能提高修復(fù)后的轉(zhuǎn)子機(jī)械強(qiáng)度。修復(fù)后的軸頭按設(shè)計(jì)圖樣車、磨到原圖樣尺寸，并與聯(lián)軸器內(nèi)孔配磨合格后，轉(zhuǎn)子裝配半聯(lián)軸器，完成修復(fù)。此種方法通常用在沒有相對運(yùn)動的配合件表面，如后面提到的軸頸修復(fù)則不適用。③如果轉(zhuǎn)子軸頭由于研磨嚴(yán)重造成轉(zhuǎn)子母材機(jī)械性能改變，從性能上分析已經(jīng)不適合機(jī)組設(shè)計(jì)條件，則只能報(bào)廢，重新更換主軸。

5.轉(zhuǎn)子開車失誤導(dǎo)致的軸頸磨損

圖2 返廠維修的轉(zhuǎn)子

圖3 軸承及軸頸損傷的高、低壓缸轉(zhuǎn)子

離心壓縮機(jī)通常使用滑動軸承，在高速重載下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，軸頸位置要求有一定的形位公差和尺寸公差要求，以便和支撐軸承配合進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。由于機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)不當(dāng)造成的軸承損壞通常也會造成一定的軸頸研傷，對此我們必須進(jìn)行修復(fù)，否則機(jī)組將無法運(yùn)轉(zhuǎn)。圖3為一機(jī)組高、低壓缸轉(zhuǎn)子在吹掃時(shí)，由于沒有給機(jī)組供油，造成軸承及軸頸的損傷。對軸頸的修復(fù)不建議使用冷焊或激光熔鑄的辦法，通常有3種方法。①如果軸承或軸端密封的表面出現(xiàn)微小磨損或劃痕時(shí)，對這些部件進(jìn)行微小的修飾性的修理，可以采用金相砂紙或油石對研傷部位進(jìn)行美容處理，修復(fù)后可直接使用。②如支撐軸瓦為可調(diào)軸承間隙的結(jié)構(gòu)，則在軸瓦可調(diào)范圍內(nèi)，對軸頸進(jìn)行磨削，降低研傷程度。③若不滿足上述條件，需要將軸頸磨修后尺寸提交設(shè)計(jì)人員，由設(shè)計(jì)人員對轉(zhuǎn)子軸頸改變后的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等方面進(jìn)行分析，如可以使用，則按修磨后的轉(zhuǎn)子軸頸配加工可傾瓦瓦塊，使其恢復(fù)設(shè)計(jì)的軸承間隙。

下面的兩組轉(zhuǎn)子就是采用了第三種方式，分別將兩組轉(zhuǎn)子軸頸直徑尺寸去除0.24 mm及0.55 mm后，重新配加工支撐軸瓦瓦塊，使機(jī)組重新投入使用。之前談到銹蝕問題時(shí)遇到的推力盤和圓盤的修復(fù)也是使用此方法進(jìn)行修復(fù)，即推力盤磨修掉點(diǎn)蝕痕跡后，重新配推力調(diào)整墊片，滿足設(shè)計(jì)要求。圓盤則根據(jù)使用要求，可直接車修掉點(diǎn)蝕痕跡后再次使用。

6.電跳區(qū)磕碰劃傷后的修復(fù)

離心壓縮機(jī)的電跳區(qū)的好壞對振動信號的拾取至關(guān)重要。通常按API617的要求，電跳區(qū)的電和機(jī)械的綜合跳動值≤5 μm。但在機(jī)組裝配運(yùn)行過程中，電跳區(qū)劃傷或者磕傷時(shí)有發(fā)生，處理方案主要有兩種。輕微劃傷時(shí)，對轉(zhuǎn)子找正，電跳區(qū)進(jìn)行徑向跳動檢查，保證機(jī)械跳動合格后，采用金剛石刀對電跳區(qū)進(jìn)行滾壓處理，去除劃痕。電跳區(qū)磕傷嚴(yán)重時(shí)，對轉(zhuǎn)子找正，電跳區(qū)修磨，去除損傷，電跳區(qū)重新滾壓，保證電跳合格后，在機(jī)組裝配時(shí)，調(diào)整探頭和電跳區(qū)的相對位置和信號，使其適應(yīng)新的電跳區(qū)尺寸。

二、結(jié)論

通過對大量轉(zhuǎn)子的修復(fù)及后續(xù)跟蹤查看，采用的轉(zhuǎn)子修復(fù)措施是合理和有效的，轉(zhuǎn)子修復(fù)時(shí)，以轉(zhuǎn)子最小改變?yōu)榍疤?，盡量不改變轉(zhuǎn)子原設(shè)計(jì)尺寸，如無法滿足，則在盡量減少去除量的基礎(chǔ)上，通過對相配合零部件的調(diào)整來達(dá)到滿足使用的要求。另外，無論對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了何種修復(fù)，由于修復(fù)轉(zhuǎn)子在修復(fù)廠內(nèi)不進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，因此通常要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動平衡或低速平衡（不滿足高速條件的轉(zhuǎn)子）校驗(yàn)后，在滿足API617的相關(guān)要求才可以合格出廠。