風機轉子磨損的檢測與修復

王志強

（沈陽鼓風機集團股份有限公司 沈陽）

離心壓縮機是高速旋轉機械，對各零部件，特別是轉子組部的加工及裝配要求很高，近年來，從用戶現場到我公司修復的大量國內外各廠家的轉子中，離心壓縮機轉子磨損所引起的振動發生的機率僅次于軸系的不平衡，在故障分析中占的比例越來越多。而對該類轉子的修復就顯得越來越重要，轉子通過修復，滿足出廠要求和用戶現場的運轉要求，可以為用戶節省大量資金和寶貴的工期，創造最大的價值。

一、常見轉子磨損故障的分析處理

1.轉子結焦結垢導致的磨損

結焦、結垢是轉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轉子，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℃以上開始結焦發生聚合反應，形成類似焦油的黏稠沉淀物，經長時間作用阻塞葉輪、流道、密封等件。該轉子流道內布滿結焦，導致轉子不平衡，機組振動大停車。這種沉淀物在壓縮機內的高溫環境下是黏稠的，常溫常壓下會變得十分堅硬。現代風機技術通過對機組結構改造可以減少結焦的產生，但對結焦的轉子，則必須采取措施處理。通常對轉子結垢不嚴重的處理為轉子噴砂。將轉子軸頸保護好后，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，利用高速砂流的沖擊作用清理工件。但對結焦嚴重的轉子，通過噴砂往往無法達到清理的目的，只能利用在風砂輪上安裝類似銑刀的旋轉刀具，即俗稱風銑子的工具進行手工清理，這樣既能保證清理干凈，又能不損傷葉輪基底。

2.轉子銹蝕導致的磨損

由于機組防腐防銹措施不當導致的轉子銹蝕。制造廠家對出廠的轉子都有防腐處理，轉子出廠前噴涂防銹油。防銹油的有效期一般在1年左右，如果轉子長時間不使用，需要重新噴涂長效防銹油，充氮保護等。另外依據運輸條件和保管環境，防銹油的選擇也有所不同，如果處理不當，轉子就會發生銹蝕。表象為轉子表面有銹斑、銹跡甚至出現氧化皮起層剝離。圖1是某壓縮機轉子，軸頸、推力盤及圓盤有嚴重銹蝕的照片。通常，按銹蝕等級進行不同的處理。按GB/T 8923.1—2011涂覆涂料前鋼材表面處理標準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，因此除銹完成的轉子必須立即涂防銹油進行防銹。對于B、C類銹蝕，可以用除銹劑配合金相砂紙或油石進行除銹處理。D類銹蝕，因為鋼體表面已經發生點蝕，在以除銹劑配合金相砂紙或油石進行除銹處理后，依據點蝕所處位置和程度，需要進一步判斷轉子是否可用，如可用，可按后面提供的處理辦法進行修復。此臺壓縮機轉子經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蝕，鎖緊螺母不需進一步處理，可直接使用。推力盤和圓盤經過進一步處理后可再次使用。

圖1 銹蝕的壓縮機轉子

3.轉定子碰磨導致的密封磨損

為保證離心壓縮機設計性能，降低設備能耗，設計中往往把密封間隙、軸承間隙做得較小，以減少氣體介質和潤滑油的泄漏。但是，小間隙除了易引起流體動力激振之外，還易發生轉子與定子部件的摩擦。例如，軸的撓曲、轉子不平衡、轉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子對中不良等原因引起的振動，將引起轉子系統的振動大于轉子與定子的間隙，輕者發生密封件的摩擦損傷，重者發生轉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展為較嚴重的整周碰摩，進而引起轉子系統失穩，導致軸系破壞，引起嚴重的機器損傷事故。常見的表象為轉子口圈、級間隔套、軸套出現輕重不等的研傷痕跡，密封間隙變大，機組性能降低。由于各級密封選材時硬度都比轉子硬度低，因此通常為密封磨損，但由于機組都是在高轉速下運行，轉子軸套和口圈也經常出現磨損痕跡甚至材料去除。對機組檢修時，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，就需要對轉子進行一定的修復。常見修復有：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。如果研傷嚴重，影響到密封間隙，可以雙向選擇修復的方案。一種為配換密封法：如轉子相關部件有修磨余量，可以將研傷的位置按最小去除量用機加工的方法（車、磨）修光見圓，再按實際修復后尺寸配加工密封尺寸，保證密封間隙符合設計要求。反向的方案則為更換軸套法，即將磨損嚴重的軸套或隔套報廢，通過反向裝配的方法拆下，重新按設計圖樣補制新件并裝配。這種情況通常適用于轉子軸端密封套的更換，當軸端密封使用碳環密封或其他類似對密封間隙要求較嚴格，且從密封上無法進行調整時，只有將軸端密封套進行更換。另外，當各級隔套磨損嚴重、材料去除較多無法修復時，也只能采用轉子解體拆下隔套進行更換的方式對轉子修復。

4.轉子與半聯軸器配合不當造成的軸頭磨損

離心壓縮機使用的聯軸器為了在現場拆裝方便，目前以液壓裝配聯軸器為主，大多數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量將半聯軸器裝配到轉子軸頭。推進量的大小是通過機組功率和轉子各相關參數計算得到的，如果推進量不足，機組運轉過程中就極容易發生聯軸器和轉子松脫，二者發生相對旋轉，進而將軸頭及半聯軸器研傷甚至研死。圖2為某返廠的轉子，用戶為了提高機組性能，開車到轉速后擅自提速，造成振動大，拆檢后發現聯軸器脫落。對此類轉子的修復處理有3種。①將轉子軸頭修光，進行硬度測量，并將軸頭修復后的實測尺寸和硬度值提供給設計人員進行計算，如轉子軸頭強度和剛度依然滿足要求，則重新設計配套聯軸器，即將聯軸器內孔縮小，按新軸頭尺寸進行加工，并配磨錐度，保證轉子和半聯軸器接觸面積達到85%以上。②如轉子軸頭損傷嚴重，去量較大，則對轉子軸頭進行冷焊或激光熔鑄。冷焊或激光熔鑄的技術近年來發展非常迅速,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、結合強度高、焊接應力小等優點,因此,已廣泛用于航天、石油、冶金、船舶等領域。根據主軸材料，選擇合適的不同金屬粉末進行配方，達到與母材材料基本一致，盡可能提高修復后的轉子機械強度。修復后的軸頭按設計圖樣車、磨到原圖樣尺寸，并與聯軸器內孔配磨合格后，轉子裝配半聯軸器，完成修復。此種方法通常用在沒有相對運動的配合件表面，如后面提到的軸頸修復則不適用。③如果轉子軸頭由于研磨嚴重造成轉子母材機械性能改變，從性能上分析已經不適合機組設計條件，則只能報廢，重新更換主軸。

5.轉子開車失誤導致的軸頸磨損

圖2 返廠維修的轉子

圖3 軸承及軸頸損傷的高、低壓缸轉子

離心壓縮機通常使用滑動軸承，在高速重載下進行運轉，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行運轉。由于機組運轉不當造成的軸承損壞通常也會造成一定的軸頸研傷，對此我們必須進行修復，否則機組將無法運轉。圖3為一機組高、低壓缸轉子在吹掃時，由于沒有給機組供油，造成軸承及軸頸的損傷。對軸頸的修復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微小磨損或劃痕時，對這些部件進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行美容處理，修復后可直接使用。②如支撐軸瓦為可調軸承間隙的結構，則在軸瓦可調范圍內，對軸頸進行磨削，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計人員，由設計人員對轉子軸頸改變后的強度、穩定性等方面進行分析，如可以使用，則按修磨后的轉子軸頸配加工可傾瓦瓦塊，使其恢復設計的軸承間隙。

下面的兩組轉子就是采用了第三種方式，分別將兩組轉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，使機組重新投入使用。之前談到銹蝕問題時遇到的推力盤和圓盤的修復也是使用此方法進行修復，即推力盤磨修掉點蝕痕跡后，重新配推力調整墊片，滿足設計要求。圓盤則根據使用要求，可直接車修掉點蝕痕跡后再次使用。

6.電跳區磕碰劃傷后的修復

離心壓縮機的電跳區的好壞對振動信號的拾取至關重要。通常按API617的要求，電跳區的電和機械的綜合跳動值≤5 μm。但在機組裝配運行過程中，電跳區劃傷或者磕傷時有發生，處理方案主要有兩種。輕微劃傷時，對轉子找正，電跳區進行徑向跳動檢查，保證機械跳動合格后，采用金剛石刀對電跳區進行滾壓處理，去除劃痕。電跳區磕傷嚴重時，對轉子找正，電跳區修磨，去除損傷，電跳區重新滾壓，保證電跳合格后，在機組裝配時，調整探頭和電跳區的相對位置和信號，使其適應新的電跳區尺寸。

二、結論

通過對大量轉子的修復及后續跟蹤查看，采用的轉子修復措施是合理和有效的，轉子修復時，以轉子最小改變為前提，盡量不改變轉子原設計尺寸，如無法滿足，則在盡量減少去除量的基礎上，通過對相配合零部件的調整來達到滿足使用的要求。另外，無論對轉子進行了何種修復，由于修復轉子在修復廠內不進行運轉試驗，因此通常要對轉子進行高速動平衡或低速平衡（不滿足高速條件的轉子）校驗后，在滿足API617的相關要求才可以合格出廠。