張 博，周 紅，韓 成

(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817000)

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經(jīng) 驗(yàn) 交 流

二氧化碳螺桿壓縮機(jī)推力軸承供油改造

張 博，周 紅，韓 成

(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817000)

闡述了二氧化碳螺桿壓縮機(jī)的工作原理以及技術(shù)性能與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。針對(duì)螺桿壓縮機(jī)使用的技術(shù)要求，以及設(shè)備使用過(guò)程中所暴露的缺陷，提出供油改造，延長(zhǎng)了軸承使用壽命，取得良好效果。

螺桿壓縮機(jī)；工作原理；技術(shù)性能；軸承；供油；改造

二氧化碳混合氣螺桿壓縮機(jī)是用于堿廠送窯氣或爐氣至碳化塔的固定式機(jī)組。

1 工作原理

螺桿壓縮機(jī)屬容積型壓縮機(jī)，工作過(guò)程與往復(fù)式壓縮機(jī)相同，分吸入、壓縮、排氣三個(gè)過(guò)程。其原理為兩個(gè)旋轉(zhuǎn)螺桿(陽(yáng)螺桿與陰螺桿)裝在氣缸內(nèi)部，兩根轉(zhuǎn)子在氣缸吸入端外均裝有同步齒輪，通過(guò)這兩個(gè)同步齒輪的正常嚙合。工作時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，吸氣腔容積不斷擴(kuò)大，當(dāng)該容積達(dá)到最大值時(shí)與進(jìn)氣口斷開，然后進(jìn)入壓縮過(guò)程，因螺桿齒形的相互擠入，氣缸體容積逐漸縮小，壓力提高，最后由排氣口排出。在排氣時(shí)雖具有脈動(dòng)性，但因螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高，齒數(shù)多，故排氣可視為平穩(wěn)均勻。由于螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與殼體在工作時(shí)有極小的間隙，從而使壓縮過(guò)程中既沒(méi)有摩擦又起到良好的密封作用，可以達(dá)到較低的漏氣損失和機(jī)械磨損，獲得較高的工作效率。近年來(lái)在純堿生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用了螺桿壓縮機(jī)來(lái)壓縮輸送CO2氣體。

CO2螺桿壓縮機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因?yàn)榱悴考呐浜瞎钜蟾?，所以制造精度要求高，檢修和安裝的技術(shù)要求也高。特別是保證同步齒輪的嚙合間隙、陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的嚙合間隙及轉(zhuǎn)子與殼體的間隙十分重要，它是螺桿壓縮機(jī)能否長(zhǎng)期平穩(wěn)及高效工作的關(guān)鍵。

2 螺桿壓縮機(jī)的技術(shù)性能與結(jié)構(gòu)

2.1 技術(shù)性能

排氣量 435 m3/min(吸入狀態(tài))

吸入溫度 ≤40 ℃

吸氣壓力 0.06～0.093 MPa(絕壓)

排氣壓力 0.28～0.44 MPa(絕壓)

轉(zhuǎn)速 2 000～2 985 r/min

驅(qū)動(dòng)方式 汽輪機(jī)或電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)向 從拖動(dòng)機(jī)看壓縮機(jī)為逆時(shí)針

2.2 結(jié)構(gòu)

螺桿壓縮機(jī)主要由機(jī)殼，陽(yáng)、陰螺桿，同步齒輪，軸承和軸封裝置等組成。

機(jī)殼：由氣缸和氣缸頭組成，沿水平中分面分為上、下兩個(gè)部分。在氣缸體的上、下部位焊有鋼板罩殼，圍成冷卻水套。缸體材質(zhì)選用較為耐腐蝕的ZG1Gr13。

螺桿：是螺桿壓縮機(jī)的關(guān)鍵性零件。陽(yáng)螺桿和陰螺桿相互嚙合，水平并排地安放在缸體中。陽(yáng)螺桿有四個(gè)凸齒，陰螺桿有六個(gè)與陽(yáng)螺桿凸齒相嚙合的凹槽。螺桿是空心的，工作時(shí)注入冷卻油冷卻螺桿，以減少其熱膨脹的間隙的影響。螺桿是由ZG2Gr13鍛制加工而成。

同步齒輪：它裝設(shè)在壓縮機(jī)吸入端螺桿外側(cè)的軸頸上，用來(lái)保證陽(yáng)螺桿與陰螺桿運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的同步性。

軸承：軸承分為整體徑向軸承、徑向止推聯(lián)合軸承及推力軸承三種，其材質(zhì)巴氏合金。徑向止推聯(lián)合軸承是徑向軸承和止推軸承組合在一起的軸承，由徑向軸承、副推力軸承和主推力軸承三部分組成。其止推部分副推力軸承為承受壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)同步齒輪引起的推力；推力軸承(主推力軸承)則是承受壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由吸入和排出壓力差而產(chǎn)生的軸向推力。推力軸承由止推軸承和推力盤組成，止推軸承的內(nèi)側(cè)是球面座，它可以自動(dòng)定位找正，使推力軸承處于最容易形成油膜的位置進(jìn)行工作。軸承的潤(rùn)滑形式均為強(qiáng)制潤(rùn)滑。由于螺桿之間的間隙、螺桿外圓與氣缸的間隙、螺桿兩端面與氣缸壁之間的間隙分別與徑向軸承、徑向止推聯(lián)合軸承及推力軸承有著密切關(guān)系，所以保證軸承間隙十分重要，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)就應(yīng)更換新軸承。

軸封裝置：在螺桿的兩端均采用迷宮式的填料箱，用以防止氣、水、油相互滲竄。

3 壓縮機(jī)軸承使用技術(shù)要求

軸承類型：徑向軸承為圓瓦滑動(dòng)軸承，推力軸承為多油楔固定軸承。

潤(rùn)滑采用壓力油強(qiáng)制潤(rùn)滑。潤(rùn)滑要求：①油溫<22 ℃不能開機(jī)，如低可加溫。油溫不能超過(guò)50 ℃，高要降溫。②油溫控制在30～35 ℃，油壓控制在0.25～0.30 MPa,形成最佳潤(rùn)滑、形成最好狀態(tài)的油膜。使軸承磨損降到最小，避免產(chǎn)生油膜震蕩。

使用技術(shù)要求：徑向軸承溫度大于65 ℃報(bào)警，當(dāng)高于75 ℃時(shí)可能就會(huì)由于過(guò)熱發(fā)生燒損現(xiàn)象。推力軸承溫度大于75 ℃報(bào)警，當(dāng)高于80 ℃時(shí)，軸承可能就會(huì)由于過(guò)熱發(fā)生燒損現(xiàn)象。因此若推力軸承溫度上升到此值時(shí)，就應(yīng)立即停車并進(jìn)行檢查檢修。

4 設(shè)備使用暴露缺陷

按照出廠設(shè)備使用技術(shù)要求將油溫控制在30～35 ℃、油壓控制在0.25～0.30 MPa時(shí)，推力軸承溫度均在76～89 ℃。若機(jī)組負(fù)荷變化增加(排氣壓力、進(jìn)氣壓力)、工藝參數(shù)波動(dòng)(供油溫度、供油壓力、排氣溫度、進(jìn)氣溫度)，推力軸承溫度則高達(dá)90 ℃。推力軸承長(zhǎng)期在高于75 ℃的安全工作界限外運(yùn)行，造成推力軸承磨損，推力軸承間隙破壞，轉(zhuǎn)子在吸入和排出壓力差的作用下向進(jìn)氣端位移。此時(shí)陽(yáng)陰轉(zhuǎn)子推力軸承磨損的量不一致，向進(jìn)氣端位移的量也不一致，兩個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合間隙變化不能達(dá)到技術(shù)要求規(guī)范，致使轉(zhuǎn)子咬合。嚴(yán)重時(shí)造成轉(zhuǎn)子報(bào)廢、同步齒輪損壞、軸封裝置損壞的重大事故。

在設(shè)備使用時(shí)，利用降低冷油溫度和提高供油壓力解決推力軸承溫度高的問(wèn)題。即供油溫度降至20～25 ℃，油壓提高至0.35～0.40 MPa。但是推力軸承溫度也只能控制在73～85 ℃范圍，若機(jī)組負(fù)荷變化增加(排氣壓力、進(jìn)氣壓力)、工藝參數(shù)波動(dòng)(供油溫度、供油壓力、排氣溫度、進(jìn)氣溫度)，推力軸承溫度則高達(dá)85～90 ℃。低的供油溫度、高的供油壓力降低了軸承溫度3～4 ℃，基本能維持設(shè)備運(yùn)行，推力軸承還是長(zhǎng)期在高于75 ℃的安全工作界限外運(yùn)行。低油溫、高流速破壞了優(yōu)良油膜的建立，破壞了良好的潤(rùn)滑效果，零件的磨損加速，降低了推力軸承的使用壽命，縮短了壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)周期和利用率，提高了設(shè)備檢修頻率，增加檢修費(fèi)用。推力軸承磨損嚴(yán)重時(shí)若不及時(shí)停機(jī)檢修，致使轉(zhuǎn)子咬合。

推力軸承溫度高的原因：徑向聯(lián)合止推軸承供油存在缺陷，供油油路設(shè)計(jì)不合理。如圖1所示。

圖1 止推軸承改造前

油泵將油箱的潤(rùn)滑油注入徑向軸承進(jìn)油口，潤(rùn)滑冷卻徑向軸承，而后通過(guò)徑向軸承座與軸形成的密閉通道快速流到推力軸承的摩擦運(yùn)動(dòng)接觸面，繼續(xù)對(duì)推力軸承進(jìn)行潤(rùn)滑冷卻，此時(shí)潤(rùn)滑推力軸承的潤(rùn)滑油是經(jīng)過(guò)徑向軸承摩擦熱量加溫的潤(rùn)滑油。徑向軸承對(duì)潤(rùn)滑冷卻推力軸承的潤(rùn)滑油起到加熱的作用，推力軸承的溫度受到徑向軸承摩擦熱量、推力軸承自身摩擦熱量的影響居高不下，得不到良好的冷卻潤(rùn)滑，建立不了良好的油膜加劇了磨損。

5 改造方案和改造后效果

5.1 改造方案

為推力軸承設(shè)計(jì)制造獨(dú)立供油油路。將油箱的潤(rùn)滑油通過(guò)單獨(dú)通道輸送至推力軸承的摩擦運(yùn)動(dòng)的接觸面，直接對(duì)推力軸承潤(rùn)滑冷卻后回到油箱。即原有供油流程為：油箱→油泵→油冷器→濾油器→油分配器→徑向軸承→推力軸承→油箱。改造為：油箱→油泵→油冷器→濾油器→油分配器→推力軸承→油箱。如圖2所示。

圖2 止推軸承改造后

油分配器增加一條油管，從壓縮機(jī)上殼體與徑向聯(lián)合止推軸承座(軸頸方向)鉆削φ18孔，孔與軸、推力盤、及徑向軸承封油裝置形成推力軸承的供油通道。

由于改變了止推軸承的供油通道，則改變了徑向軸承的回油通道。原有徑向軸承潤(rùn)滑油通過(guò)推力軸承回到油箱，推力軸承得到單獨(dú)供油后，徑向軸承的潤(rùn)滑油則改為通過(guò)止推軸承回到油箱。方法：將徑向軸承對(duì)著推力軸承方向的卸油口改為封油裝置，對(duì)著止推軸承方向的封油裝置改為卸油口，從而使徑向軸承的潤(rùn)滑油經(jīng)止推軸承回到油箱。說(shuō)明：止推軸承只是在機(jī)組啟動(dòng)的瞬間承受壓縮機(jī)同步齒輪引起的推力，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)止推軸承兩個(gè)相對(duì)運(yùn)

動(dòng)接觸面是不接觸的，不產(chǎn)生摩擦的。

5.2 改造后效果

1)供油溫度可以達(dá)到30～35 ℃；油壓可控制在0.25～0.30 MPa的技術(shù)要求。

2)推力軸承溫度降至75 ℃的安全工作界限內(nèi)。

3)良好的潤(rùn)滑降低了運(yùn)動(dòng)面之間的磨損，延長(zhǎng)了推力軸承的使用壽命。每個(gè)推力軸承從6～12個(gè)月延長(zhǎng)至24～36個(gè)月。

4)避免了因壓縮機(jī)推力軸承溫度高，而停機(jī)檢修的頻率、節(jié)約檢修成本、提高了壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)率。

5)避免了推力軸承磨損引發(fā)的螺桿轉(zhuǎn)子咬傷損毀轉(zhuǎn)子、同步齒輪損壞、軸封裝置損壞的事故。

TQ114.15

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1005-8370(2016)05-31-03

2016-06-06