王長(zhǎng)華

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

空壓機(jī)增速器齒面剝落的問題分析及國(guó)產(chǎn)化改造

王長(zhǎng)華

（南京鋼鐵聯(lián)合有限公司制氧廠，江蘇南京210035）

空壓機(jī)增速器在運(yùn)行多年后，齒面發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕、剝落現(xiàn)象，對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析，提出了改造思路與技術(shù)要點(diǎn)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，改造獲得了成功。

增速器；點(diǎn)蝕；國(guó)產(chǎn)化改造

1 前言

空壓機(jī)是制氧機(jī)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，增速機(jī)是空壓機(jī)系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，主要作用增加空壓機(jī)轉(zhuǎn)速，傳遞扭矩作用。目前大型空分配備的空氣壓縮機(jī)要求空氣量大、運(yùn)行穩(wěn)定、節(jié)能，一般采用進(jìn)口設(shè)備。在設(shè)備運(yùn)行5～8年以后，設(shè)備不同程度出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行檢修。在購買進(jìn)口設(shè)備的部件時(shí)，發(fā)現(xiàn)備件極其昂貴。目前企業(yè)效益下滑，在不影響設(shè)備性能情況下，必須進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，以節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本。

2 空壓機(jī)增速器齒輪故障分析

2.1 某鋼鐵企業(yè)2萬制氧機(jī)原料空壓機(jī)采用是MAN公司的單軸壓縮機(jī)，增速器采用BHS公司的產(chǎn)品，電機(jī)ABB公司產(chǎn)品。壓縮機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行6年以后，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行保養(yǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，增速器的齒輪出現(xiàn)點(diǎn)狀凹坑和齒面剝落情況。

2.2 故障原因分析

2.2.1 齒輪疲勞破壞。齒輪表面發(fā)生點(diǎn)蝕和剝落的原因主要是齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度不足。

（1）材質(zhì)缺陷。齒輪的材質(zhì)本身存在缺陷，輪齒表面或內(nèi)部有裂紋、砂眼等。

（2）熱處理后的輪齒硬度較低，無法保證齒輪應(yīng)有的接觸疲勞強(qiáng)度，不滿足使用要求。齒輪雖然是BHS公司產(chǎn)品，不排除材質(zhì)和熱處理存在問題。

2.2.2 潤(rùn)滑油影響。該機(jī)潤(rùn)滑油采用的美孚潤(rùn)滑油，渠道正常，油質(zhì)應(yīng)該沒有問題。但是在開機(jī)過程中，當(dāng)油溫達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度時(shí)，啟動(dòng)壓縮機(jī)，繼而加載，可能加劇點(diǎn)蝕。

2.2.3 載荷影響。該機(jī)組在投運(yùn)后，由于進(jìn)口導(dǎo)葉等原因，機(jī)組多次出現(xiàn)放空等問題，機(jī)組反復(fù)開停和卸載加載。同時(shí)該機(jī)由于操作原因，出現(xiàn)多次喘振現(xiàn)象，載荷急劇變化。幾個(gè)問題對(duì)齒輪產(chǎn)生強(qiáng)力沖擊，加速齒輪裂化。

2.2.4 電蝕問題。該套機(jī)組由于建設(shè)地點(diǎn)在風(fēng)化石區(qū)域，在建設(shè)時(shí)，接地問題不能有效解決。該機(jī)在投用后，控制信號(hào)多次干擾，說明接地不好。由于接地不好，在齒輪表面形成靜電腐蝕問題。但是，壓縮機(jī)、增速器、電機(jī)軸頸均沒有發(fā)生。該問題應(yīng)該可以排除。

2.2.5 裝配問題。通過檢測(cè)，該機(jī)的接觸面積、平性度、水平度、同心度均沒有問題。

由于齒輪剝落比較嚴(yán)重，齒輪運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)加大，因此必須對(duì)齒輪進(jìn)行處理。三個(gè)處理思路：（1）修復(fù)，考慮齒面大面積剝落，修復(fù)難度大，修復(fù)后性能能否保證存在疑問；（2）購買備件更換。此方法最簡(jiǎn)單，但是設(shè)備昂貴。外國(guó)公司報(bào)價(jià)幾乎無法接受；（3）國(guó)產(chǎn)化改造。

最終考慮機(jī)組運(yùn)行、費(fèi)用、周期等一系列問題，決定對(duì)齒輪進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造?？紤]到地理、技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)等因素，與南京某高速齒輪箱廠進(jìn)行技術(shù)合作。

3 改造思路和技術(shù)要點(diǎn)

（1）由齒輪箱廠對(duì)進(jìn)口的齒輪箱進(jìn)行整體測(cè)繪。包括：齒輪箱外型、齒輪對(duì)、軸承、潤(rùn)滑系統(tǒng)等。取得現(xiàn)有齒輪箱的完整尺寸。

（2）在測(cè)繪基礎(chǔ)上，對(duì)齒輪箱進(jìn)行再設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：箱體、齒輪對(duì)、軸承、連軸器等。

（3）完善控制系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)。包括：油泵設(shè)計(jì)、振動(dòng)設(shè)計(jì)等。

4 改造過程與調(diào)試

4.1 確定技術(shù)參數(shù)

（1）型號(hào)及布置型式：NGSX630，結(jié)構(gòu)型式原進(jìn)口相同（乙方制造產(chǎn)品保證裝配尺寸與現(xiàn)場(chǎng)原齒輪箱一致，包括齒輪箱地腳螺栓孔尺寸、高速軸伸出長(zhǎng)度、低速軸伸出長(zhǎng)度、齒輪箱中心標(biāo)高，大小齒輪中心距等）；

（2）齒形齒面要求：漸開線硬齒面，單斜齒；（3）齒輪制造精度：ISO1328-5級(jí)；

（4）旋轉(zhuǎn)方向:從壓縮機(jī)看齒輪箱高速軸為順時(shí)針；

（5）潤(rùn)滑方式：采用強(qiáng)制潤(rùn)滑，低速軸頭帶進(jìn)口主油泵（德國(guó)克拉赫特齒輪泵，轉(zhuǎn)速1450 r/min，流量450 L/min，帶安全閥，泵的工作壓力0.2～1.6 MPa）；

（6）過濾精度：20 μm；

（7）進(jìn)油壓力：0.15～0.2 MPa；（8）進(jìn)油溫度：40±5℃；（9）油品種類：ISOVG46；（10）效率：＞98%；

（11）額定功率：11000 kW，輸入轉(zhuǎn)速1489 r/min，輸出轉(zhuǎn)速7489 r/min；

（12）動(dòng)平衡精度：按API613。

4.2 技術(shù)要求

（1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：參照API613標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造；

（2）齒輪箱傳動(dòng)的額定功率符合API613和AGMA420或421規(guī)定要求；（3）齒輪箱密閉，不允許漏油或其他外物侵入；（4）齒輪的材料力學(xué)性能及熱處理需符合GB3077-87和GB8539-87的有關(guān)規(guī)定；

（5）軸承結(jié)構(gòu)形式：滑動(dòng)軸承（高速軸采用兩個(gè)徑向瓦，低速軸為徑向推力瓦組合）；

（6）進(jìn)出油孔的位置：以原外形為準(zhǔn)；

（7）所有測(cè)振、測(cè)溫孔按照原外形為準(zhǔn)，除安裝探頭外的孔，其余全部預(yù)留；

（8）齒輪箱高低速軸伸出端與現(xiàn)場(chǎng)原聯(lián)軸器的配合嚴(yán)格按照原裝設(shè)備技術(shù)要求；

（9）動(dòng)平衡精度：?jiǎn)温?lián)軸器動(dòng)平衡精度G＜1，雙聯(lián)軸器動(dòng)平衡精度G＜2.5（ISO1940）。

4.3 改造過程

4.3.1 第一次調(diào)試，設(shè)備制造完成后到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試安裝合格后試車

試車過程中開機(jī)就發(fā)現(xiàn)齒輪箱低速軸自由端軸承溫度直接上升至100℃，緊急停車。廠家處理軸承，再次空負(fù)荷試車軸承溫度正常。后帶風(fēng)機(jī)試車，機(jī)組運(yùn)行后齒輪箱箱體振動(dòng)很大，壓縮機(jī)及電機(jī)振動(dòng)正常。待空壓機(jī)運(yùn)行至正常工況后，檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)（最大振動(dòng)47 mm/s），主要顯示為軸向振動(dòng)，被迫停車。停車進(jìn)行檢查，對(duì)齒輪箱開箱檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸聯(lián)軸器端面跳動(dòng)最大0.3 mm，高速軸自由端推力盤跳動(dòng)0.18 mm，決定返廠進(jìn)行處理。在制造廠內(nèi)，將高速軸聯(lián)軸器端面進(jìn)行磨削0.3 mm，大小齒輪均用齒輪精度測(cè)量?jī)x進(jìn)行測(cè)量，對(duì)低速大齒輪進(jìn)行修復(fù)、高速軸推力盤進(jìn)行修復(fù)，重新配合、著色，做低速動(dòng)平衡校驗(yàn)等。完成工廠試車，各項(xiàng)數(shù)據(jù)基本正常。

4.3.2 第二次調(diào)試

設(shè)備到廠后，安裝過程嚴(yán)格按照設(shè)備安裝技術(shù)要求進(jìn)行。不帶風(fēng)機(jī)試車，各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。帶負(fù)荷試車，開機(jī)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)振動(dòng)比修復(fù)前有所減小，但是箱體振動(dòng)依然很大，壓縮機(jī)及電機(jī)振動(dòng)均在正常水平。經(jīng)檢測(cè)振動(dòng)值最大為28 mm/s，嚴(yán)重超標(biāo)，和第一次情況基本相同。經(jīng)過研究決定觀察振動(dòng)趨勢(shì)變化，3日后檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)最大振動(dòng)值已有所上升，最大至32 mm/s。檢測(cè)人員再次測(cè)量箱體振動(dòng)已基本增加至修復(fù)前數(shù)值，決定停機(jī)。

根據(jù)此次試運(yùn)行情況，認(rèn)為主要問題集中在箱體的剛度、軸承抗振性、軸向力平衡上，由設(shè)備廠家對(duì)設(shè)備箱體重新設(shè)計(jì)處理。

4.3.3 第三次試車

在設(shè)備廠家經(jīng)過約4個(gè)月制造后，箱體增加剛度、更換了進(jìn)口軸承。設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)調(diào)試，試機(jī)后，機(jī)組運(yùn)行正常。振動(dòng)值符合要求，整體振動(dòng)明顯降低，改造前后空壓機(jī)齒輪箱各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比見表1。

5 結(jié)束語

此次國(guó)產(chǎn)化改造，設(shè)備廠家和用戶均付出很大的努力。一度認(rèn)為改造失敗，但是最終通過技術(shù)人員鍥而不舍的努力得以成功。制氧系統(tǒng)設(shè)備大量采用進(jìn)口，在保證設(shè)備正常運(yùn)行情況下，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造是降低設(shè)備維修費(fèi)用的有效途徑。

Analysis of Tooth Chipping of the Gear Speeder for Air Compressor and Domestic Conversion

WANG Changhua
（The Oxygen-making Plant of Nanjing iron and Steel Co.Ltd.,Nanjing,Jiangsu 210035,China）

After many years of operation of the air compressor speeder,the gear teeth were seriously corroded and chipped.This problem was analyzed and transformation ideas and technical essentials were put forward.Through much experiment the transformation was successfully completed.

speeder;pitting corrosion;domestic conversion

表1 改造前后空壓機(jī)齒輪箱各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

TH45

B

1006-6764(2015)03-0019-03

2014－12－04

王長(zhǎng)華（1972－），男，1992年畢業(yè)于南京化工學(xué)校化工機(jī)械專業(yè)，本科學(xué)歷，工程師，現(xiàn)從事制氧設(shè)備管理工作。