孟祥華 李 鵬 郭 歡 王永杰 王興偉

（1.中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東 濟(jì)南；2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

大型空壓機(jī)振動(dòng)故障的修復(fù)

孟祥華 李 鵬 郭 歡 王永杰 王興偉

（1.中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東 濟(jì)南；2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

通過對離心式壓縮機(jī)的振動(dòng)原因分析和動(dòng)平衡校正，解決了機(jī)組的停車故障。

結(jié)構(gòu)；流速；壓力；過盈配合值

圖1是德國MAN曼透平公司為包頭盈德氣體廠提供的6萬空分壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)為多軸組裝式ARI（濕空氣）壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)由5個(gè)軸系組成，葉輪布置為懸臂式，且由6個(gè)葉輪組成1至6段氣體壓縮流程。

從氣動(dòng)方向看，它有5個(gè)氣體冷卻器，分別置于1至6段葉輪之間起到氣體冷卻作用。氣體由1級至6級順方向?qū)毫χ饾u遞增。壓縮機(jī)與原動(dòng)機(jī)由膜盤聯(lián)軸器聯(lián)接，壓縮機(jī)、汽輪機(jī)安裝在同一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上；整個(gè)機(jī)組采用潤滑聯(lián)合油站供油，其布置在一層。壓縮機(jī)葉輪（蝸殼）的軸端密封采用碳環(huán)密封元件進(jìn)行密封，機(jī)組由汽輪機(jī)拖動(dòng)。

機(jī)器動(dòng)力是以齒輪式結(jié)構(gòu)來傳遞的，參數(shù)如下。

機(jī)組的額定功率：1.8萬kW；

惰輪轉(zhuǎn)速為2035r/min；

1、3級齒輪軸的轉(zhuǎn)速12271r/min，其速比6.03；

2、4級齒輪軸的轉(zhuǎn)速17602r/min，其速比8.65；

圖1 組裝式壓縮機(jī)總圖

5級齒輪軸的轉(zhuǎn)速18416r/min；其速比9.05；

大齒輪軸的轉(zhuǎn)速4762r/min；其速比2.34；

大允許殘余不平衡值為11070gmm，14.76g；

入口壓力為0.25MPa；額定入口溫度45℃；

最大入口溫度50℃；控制流量1205L/mm。

該機(jī)組在用戶現(xiàn)場安裝并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)1年后，發(fā)現(xiàn)在大齒輪有振動(dòng)突跳波動(dòng)（振動(dòng)值28～43μm）。后又恢復(fù)到30μm以下，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)20余天后又突然于3月26日該大齒輪又一次突跳停車。其振動(dòng)值大于連鎖值125μm，該大齒輪振動(dòng)值要求在50μm以下。

一、機(jī)組故障停車原因分析

經(jīng)對機(jī)組拆檢發(fā)現(xiàn)，大齒輪的支撐軸承、推力軸承的過盈值、軸承間隙值均合格；齒的嚙合面良好；大齒輪與軸配合的推力側(cè)端面有0.04～0.14μm間隙且成傾斜的狀態(tài)（圖2）。

圖2

查軸承，發(fā)現(xiàn)內(nèi)孔和推力面均有聚碳現(xiàn)象（長期存在間隙所致）。查軸承發(fā)現(xiàn)各軸徑運(yùn)動(dòng)軌跡方向成45°和225°方向（對稱180°）的左右軌跡擺動(dòng)范圍，其它元件無刮痕損傷。

查振動(dòng)頻譜儀記錄，發(fā)現(xiàn)大齒輪的振動(dòng)頻率有2、3、4倍頻率，尤其是2倍頻率特明顯，高出主頻近2倍，大齒輪軸的運(yùn)行軌跡雜亂無序，其方向與實(shí)際軸承的運(yùn)行軌跡方向相吻合，相位和軸的旋轉(zhuǎn)初始角還在變化。所以可以判定大齒輪和軸頸之間存在軸向移動(dòng)、周向轉(zhuǎn)動(dòng)、端面傾斜和擺動(dòng)現(xiàn)象。

二、粗造度對大齒輪安裝精度的影響

1.表面粗糙度對過盈配合的影響

工件表面的粗糙度屬于微觀幾何誤差，它影響著工件的摩擦系數(shù)、疲勞強(qiáng)度、接觸面的剛度。

選擇工件配合表粗糙度時(shí)，按照標(biāo)準(zhǔn)要求，孔的表面加工精度要比軸的低一級或相等。大齒輪的內(nèi)孔與軸的配合公差應(yīng)選為φ300h7/U6，其孔的表面粗糙度為Ra0.8，而軸的配合外徑表面粗糙度選為Ra0.4。相配合的過盈值經(jīng)計(jì)算按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)計(jì)算給出過盈值為0.75～0.8mm（2.5‰D+0.05）。

2.溫度對過盈配合值的影響

大齒輪工作時(shí)的升溫會(huì)造成孔和軸過盈值變化。

三、大齒輪載荷分析

大齒輪在工作時(shí)要承受4個(gè)小齒輪的交變載荷的力的沖擊，會(huì)使大齒輪的齒環(huán)和軸之間的配合精度降低，易造成大齒輪的齒環(huán)和軸之間發(fā)生軸向移動(dòng)、周向轉(zhuǎn)動(dòng)、齒環(huán)端面傾斜和擺動(dòng)，如圖2所示。

四、大齒輪的動(dòng)平衡

根據(jù)大齒輪的振動(dòng)現(xiàn)象看，決定對其作離線動(dòng)平衡。大齒輪重量為3500kg，低速動(dòng)平衡轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算（工作轉(zhuǎn)速為2035r/min）定為550r/min，效核半徑確定為750mm。通過動(dòng)平衡機(jī)的檢測得知該件原始的不平衡量為：兩側(cè)的不平衡量的位置近似于180°方位，不平衡量差值為127g（允許值為11070gmm，14.76g）超出允許值近8倍。利用加重和去重共用，使大齒輪恢復(fù)了平衡精度。

五、大齒輪和軸配合端面傾斜的修復(fù)

對大齒輪外圓和端面檢查發(fā)現(xiàn)推力側(cè)端面跳動(dòng)值達(dá)0.42mm，是造成其不平衡的主因，應(yīng)修復(fù)。

（1）用火焰對局部加熱法及壓力設(shè)備對軸進(jìn)行矯正。反復(fù)適當(dāng)加壓力值，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）在大齒輪孔和軸的支撐側(cè)端面接縫處進(jìn)行四等分鉆、攻銷子孔，裝上銷子并沖死，然后做動(dòng)平衡。

六、結(jié)語

通過上述對該機(jī)組大齒輪所產(chǎn)生的振動(dòng)原因分析及后續(xù)動(dòng)平衡方案的制定，經(jīng)過對大齒輪工藝性的矯正，再經(jīng)過對該件動(dòng)平衡的校正，所留殘余不平衡量滿足設(shè)計(jì)要求。經(jīng)將大齒輪回裝試車后，其振動(dòng)值在28μm。在變工況下運(yùn)轉(zhuǎn)72h振動(dòng)值沒有多大變化，從而得到結(jié)論，對該件分析原因路徑是正確的，得到用戶的認(rèn)可。參考文獻(xiàn)：

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社。

[2]景思睿，張明遠(yuǎn).流體力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.

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1671-0711（2015）05-0041-02

2015-04-15）