PLPK-10/3.5×0.25 型膨脹機故障分析及處理

王海龍 李淑瓊

（中國空空導彈研究院 河南洛陽）

KDN-200/30Y型空分設備，系統采用低壓返流膨脹設計，低溫膨脹機采用蘇州西達生產的PLPK-10/3.5×0.25型氣體軸承透平膨脹機。系統中配置2臺套該型膨脹機組，運行中采用1用1備模式。制氮空分裝置2008年7月安裝到位，系統經試壓、清洗、吹掃、裸冷等規范操控試運行。運行近2個月時，系統1#和2#膨脹機，相繼出現突然停車、無法通過切換使其重新啟動的故障，致使整套空分停運。

1.故障現象

整套空分裝置2008年11月份開車試運行，在各項參數合格試運行近兩個月后，2009年1月13日1#膨脹機突然出現很大的嗡鳴和機械摩擦聲并伴有振動。膨脹機的各項運轉參數大幅波動（密封氣壓力0～0.35 MPa，轉速迅速從50 260 r/min下降到18 980 r/min）。運行人員立即同時啟動備用的2#膨脹機，但2#膨脹機無法正常啟動。在2#膨脹機無法啟動的情況下只有立即將1#膨脹機也停運。間隔約30 min后再次嘗試啟動2#膨脹機成功。但運行1 h后，2#膨脹機也出現與1#膨脹機同樣的故障現象并自動停車，再次嘗試啟動1#膨脹機時也無法啟動。

2.故障分析及處理

膨脹機故障后，因各項設定壓力參數均在正常范圍值，懷疑膨脹機的轉子卡死。PLPK-10/3.5X0.25型氣體軸承透平膨脹機主要參數，進氣壓力0.35 MPa，出口壓力0.025 MPa，進口溫度 122 K，效率 78%，轉速 55 900 r/min，氣量600 m3/h，介質為富氧氣，制動方式為風機制動。與膨脹機廠家溝通后，對膨脹機的箱體進行扒砂，拆出主機。打開主機發現，主機主軸與氣動軸承卡死并有嚴重摩擦痕跡，膨脹機的主軸工作輪葉片變形。

（1）膨脹機卡死的主要原因。運行參數調節、操作不當，閥門開關過猛導致膨脹機內壓力失衡；膨脹工作氣源和軸承氣氣源潔凈度不達標；當膨脹機內出現液體時，由于液體被甩到葉輪外緣，溫度升高又急劇汽化，會使間隙和壓力大幅波動，造成膨脹機振動，此時壓力表急速跳動，溫度指示波動；制動風機喘振，當風機出口不暢通或過小，風機的工作點又進入喘振區，造成風機工作不穩定產生振動；氣體軸承供氣壓力過低；轉子出廠前是嚴格做過動平衡實驗的，轉子動平衡精度為0.2 μm。在裝拆運轉過程中因不對中、磨損或輪內雜質凍結，都將破壞轉子的動平衡，因而引起過大振動。

（2）故障處理。膨脹機的主機返廠家大修，更換左右軸承套、打磨主軸，嚴格按照各部件的配合間隙和精度裝配，并做好整機動平衡。軸承徑向間隙（名義直徑間隙）0.06～0.075 mm，密封套徑向間隙0.06～0.09 mm，軸向間隙0.09～0.12 mm，工作輪與導流器內環間隙0.6 mm，工作輪與擴散器間隙0.15～0.25 mm，風機輪與端蓋體間隙0.5～1 mm。

對膨脹機組的輔助管道進行重新的清洗和吹掃，更換軸承氣管路的粗過濾器濾芯和精過濾器鎳片；并對制動風機進出口管道進行外引和加長改造；在膨脹機軸承氣管道和空氣儀表氣管路加裝閥門，實現切換和分離；調整純化器控制的工作時序表，優化純化系統工作切換時間，確保進膨脹機組的氣體品質。

通過一系列整改措施的實施，膨脹機組整體安裝、充填珠光砂等工作完成后，整套制氮空分系統一次開車成功，1#、2#膨脹機通過切換啟動，平穩達標運行。

3.膨脹機組運行維護要點

膨脹機啟動前，分餾塔須經加溫吹除，對膨脹機進出口管路，制動風機管路須進行徹底吹除后。定期對軸承氣管路也必須進行徹底吹除，然后打開精過濾器，裝入過濾鎳片再通氣吹除干凈。對于已長期使用而被污染的濾芯、鎳片，須嚴格清洗后方能再次使用。

一般膨脹機剛啟動階段會偏離設計工況運行，運轉參數變化大，故調節頻繁。啟動時因整個裝置處于熱狀態，膨脹機進口溫度高于正常值而進口壓力低于正常值，且剛啟動過程降溫極快，膨脹機進口溫度急劇下降，此時應及時開大進氣閥門，提高膨脹機進口壓力。

對于停車備用的另一臺膨脹機，軸承氣壓力應保持0.15～0.2 MPa，以防止雜質進入或銹蝕。由于透平膨脹機進氣管道公用，故從2臺同時運轉轉入1臺單獨運轉時，要密切注視另一臺以防超速或超壓，操作過程需緩慢進行。膨脹機組采用1用1備運行模式的應定期切換使用。