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内容详细

离心式复循环氮气压缩机扩压器损坏的原因与处理

作者:金桥电子  来源:本站整理  发布时间:2013-01-25 18:40:42  [去论坛]  [去网店]

 前言

  梅塞尔气体产品(张家港)有限公司4800Nm3/h液体空分配套的复循环氮气压缩机型号为5R3MSGE-16RCD/15,等温型压缩机组,电机为西门子异步电动机。电机功率8600kW,机组分为尾气段与循环增压两段压缩, 尾气段流量10000Nm3/h,出口压力0.45MPa,循环段流量97000Nm3/h,出口压力2.6MPa, 该机是从美国引进,是目前国内同型氮气压机最大型机器。整体为齿轮结构,5个开式叶轮,大齿轮通过叠片式联轴器由电机传动,各级采用进口Bently测振系统,分别对高/低速轴10个测点(近似水平,垂直方向)振动值进行监测。振动报警值和跳车值:低速轴为33和42um,高速轴一级二级为49和62um, 三级为38和48um。机组采用本机自带PLC自动控制系统,只需在控制面板上就可实现机组的启动,由程序自动加载调节并实现喘振流量监测控制。

  故障现象及机组停机后的检查内容

  第一次高振动跳机及机组检查

  2008年3月20日空压机正常开机后,进入冷箱下塔倒气,循环氮压机检查完成后, 在20点15分启动,机器运行约20分钟后,突然循环氮压机五级高振动联锁跳机,经过查看历史数据后,发现振动趋势图呈短期上升迅速到达联锁值,因此安排对机器做了以下几项检查以查找问题。

  1、检查发现五级振动变送器间隙电压为6.3V,正常值为8V,调整校正振动变送器间隙电压值到8V位置。

  2、打开主齿轮箱观察箱盖,检查主轴大齿轮及5级转子齿轮接合情况正常, 将辅助油泵启动,检查各级齿轮面润滑及轴承供油回油情况,正常。

  3、检查轴向位移,将5级转子推向叶轮反向一侧,在轴颈处设置百分表指针调零,推动转子朝向轴的反向一侧, 测得轴向位移为0.30um,查看资料,在允许值0.28~0.35um范围内,因此排除叶轮与导流器发生碰撞的可能性。

  4、手动转动大齿轮转子,无异常卡涩及沉重现象。 

  第二次联锁跳机后的现象及检查

  机组经过上面几项检查,隔约30分钟启动后,机组再次启动,在转速刚接定额定值时,五级轴承处发生高振动,很快振动值达到48um联锁停车, 从启动到停机共21.3秒时间。

  机器再次停机后,了解到相关公司也有过此类现象,怀疑是叶轮内部损坏,需进一步拆检,在拆解下五级入口管路,盘动大齿轮转子,在蜗壳内部发出金属碰撞的摩擦声,将进口导流器部件拆除后,发现出口扩压器脱落在叶轮表面,叶轮轮盘表面有发亮磨痕, 导流器端面和扩压器叶片间有挤压和凹凸不平的磨迹, 扩压器和涡壳间的调整垫片也已损坏成碎片,固定环形扩压器的一圈共14个M8碳钢螺栓都已断裂,扩压器导流板上的九片叶片掉了五片,其中一片在根部有1/3存在裂缝,在扩压器背面有沿外缘运动的周向划痕。
对其它几级叶轮和扩压器的检查

  为了检查其它级的工作状态, 拆解一二三四级的蜗壳及入口导流器进行检查, 其它级的叶轮与扩压器均完好, 无磨损和损坏现象。

  扩压器脱落的原因分析

  1、发生在5级出口的导流器与扩压器根据安装要求属于过盈配合, 过盈量为0.15~0.20mm, 在出厂安装时由于过盈量太小,在高速高压的大气流强烈冲击下, 扩压器与导流器间发生高频振动,越靠近扩压器外缘,振幅越大,扩压器与导流器间的气隙不断被气流冲刷,导流器与扩压器接触面上形成了凹槽,导致过盈量进一步减小, 而致使导流板上的叶片产生金属应变疲劳,强度减低,扩压器上的紧固螺栓疲劳强度失效,最终不能承受气流冲击而剪切断开,使扩压器脱落下来与旋转的叶轮接触,而直接引起5级高振动跳车。

  2、调出历史曲线查看,振动最大值为54um,(振动≥38um报警, 振动≥48um联锁停机),原以为在降速过程中,五级叶轮降至临界转速时共振引起,并未对此现象进一步的分析,实际这时已经产生扩压器的固定螺栓有断裂现象。

  故障处理

  为了不影响生产损失, 如等待原厂重新制做及从国外发货来更换备件需要一个多月时间,在与美国原厂联系后,为了争取时间,最快的方法是临时取消五级出口扩压器,在损失五级增压比和效率的条件下, 准备在国内重新加工制造一块不带有叶片的扩压器, 这样可使机器提前运行, 整个机器产能将会比满负载工况下的出口流量97000Nm3/h下降到大约90000Nm3/h, 效率损失约7%,经过讨论, 在不影响生产的情况下决定采用这种方案。

  1、原厂提供新的扩压板图纸,用C1119碳钢板加工一扩压板,结构及外形等同于原扩压板,如图1。

 

  2、同时在加工新的扩压板的同时,拆解齿轮箱上盖, 取出5级高速轴转子,运到杭氧动平衡机进行动平衡修复, 动平衡机修复前数据: 叶轮端7.96gcm,止推端1.73gcm, 校正后平衡度: 叶轮端:4.45gmm, 止推端 1.56gmm。

  3、安装高速轴转子,将各部件清理干净,将转子推向靠5级叶轮的一侧,设置一块百分表安装在止推轴承方向,调整表的读数为零,安装导流器并锁紧蜗壳的紧固螺栓,观察百分表的动作有没有使叶轮与导流器发生碰撞。

  处理效果及后续工作

  将改过的扩压器安装完成,恢复所有的级间管路,回装齿轮箱及附属仪电装置, 重新校验各级间隙和联轴器对中,试车、 运行主要参数如下,尾气段流量9901Nm3/h,出口压力0.425MPa,循环段流量93247Nm3/h,出口压力2.52MPa, 通过数据观察, 修复后的氮压机出口压力和流量无明显变化, 满足生产工艺上的需要,经过一段时间的运行,情况良好,在5月11日新的扩压器到货后, 组织停机更换完成后,一直至今,运行正常。

  结束语

  这次氮压机扩压器损坏故障造成空分设备停机8天,给公司的生产带来重大损失,故障发生后,技术管理人员认真总结经验,预防此类故障再次发生。

  1、 对氮压机等重要单机设备每年执行两次计划检修, 检修范围包括齿轮箱内轴承,各级叶轮和导流器,同时邀请制造商对机器的运行状况进行鉴定。

  2、按照技术规范对故障停车进行处理:发生振动连锁后,需检查仪表、机械,查明故障原因方能开车,不能盲目重复开机,造成更为严重的机器的损坏。

  3、定期记录各机器的重要运行数据,进行分析整理,以判断潜在的问题,及时发现处理隐患。

  4、备品备件加强管理,定期检查库存状态,了解消耗情况并补充计划检修新增备件。

  作者简介:

  张龙(1975-),男,工程师, 重庆大学机械设计制造及自动化专业,现在张家港梅塞尔气体公司从事空分设备技术,管理工作。

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