二氧化碳螺桿壓縮機推力軸承供油改造

張 博，周 紅，韓 成

(青海發(fā)投堿業(yè)有限公司，青海德令哈 817000)

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經(jīng) 驗 交 流

二氧化碳螺桿壓縮機推力軸承供油改造

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的工作原理以及技術(shù)性能與結(jié)構(gòu)特點。針對螺桿壓縮機使用的技術(shù)要求，以及設備使用過程中所暴露的缺陷，提出供油改造，延長了軸承使用壽命，取得良好效果。

螺桿壓縮機；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是用于堿廠送窯氣或爐氣至碳化塔的固定式機組。

1 工作原理

螺桿壓縮機屬容積型壓縮機，工作過程與往復式壓縮機相同，分吸入、壓縮、排氣三個過程。其原理為兩個旋轉(zhuǎn)螺桿(陽螺桿與陰螺桿)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，通過這兩個同步齒輪的正常嚙合。工作時，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，吸氣腔容積不斷擴大，當該容積達到最大值時與進氣口斷開，然后進入壓縮過程，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。在排氣時雖具有脈動性，但因螺桿壓縮機轉(zhuǎn)速高，齒數(shù)多，故排氣可視為平穩(wěn)均勻。由于螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與殼體在工作時有極小的間隙，從而使壓縮過程中既沒有摩擦又起到良好的密封作用，可以達到較低的漏氣損失和機械磨損，獲得較高的工作效率。近年來在純堿生產(chǎn)中廣泛應用了螺桿壓縮機來壓縮輸送CO2氣體。

CO2螺桿壓縮機是高速旋轉(zhuǎn)機械，因為零部件的配合公差要求高，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，它是螺桿壓縮機能否長期平穩(wěn)及高效工作的關(guān)鍵。

2 螺桿壓縮機的技術(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)動方式 汽輪機或電動機

轉(zhuǎn)向 從拖動機看壓縮機為逆時針

2.2 結(jié)構(gòu)

螺桿壓縮機主要由機殼，陽、陰螺桿，同步齒輪，軸承和軸封裝置等組成。

機殼：由氣缸和氣缸頭組成，沿水平中分面分為上、下兩個部分。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：是螺桿壓縮機的關(guān)鍵性零件。陽螺桿和陰螺桿相互嚙合，水平并排地安放在缸體中。陽螺桿有四個凸齒，陰螺桿有六個與陽螺桿凸齒相嚙合的凹槽。螺桿是空心的，工作時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：它裝設在壓縮機吸入端螺桿外側(cè)的軸頸上，用來保證陽螺桿與陰螺桿運轉(zhuǎn)時的同步性。

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起動時同步齒輪引起的推力；推力軸承(主推力軸承)則是承受壓縮機正常運轉(zhuǎn)時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，它可以自動定位找正，使推力軸承處于最容易形成油膜的位置進行工作。軸承的潤滑形式均為強制潤滑。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，達不到標準就應更換新軸承。

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 壓縮機軸承使用技術(shù)要求

軸承類型：徑向軸承為圓瓦滑動軸承，推力軸承為多油楔固定軸承。

潤滑采用壓力油強制潤滑。潤滑要求：①油溫<22 ℃不能開機，如低可加溫。油溫不能超過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 ℃報警，當高于75 ℃時可能就會由于過熱發(fā)生燒損現(xiàn)象。推力軸承溫度大于75 ℃報警，當高于80 ℃時，軸承可能就會由于過熱發(fā)生燒損現(xiàn)象。因此若推力軸承溫度上升到此值時，就應立即停車并進行檢查檢修。

4 設備使用暴露缺陷

按照出廠設備使用技術(shù)要求將油溫控制在30～35 ℃、油壓控制在0.25～0.30 MPa時，推力軸承溫度均在76～89 ℃。若機組負荷變化增加(排氣壓力、進氣壓力)、工藝參數(shù)波動(供油溫度、供油壓力、排氣溫度、進氣溫度)，推力軸承溫度則高達90 ℃。推力軸承長期在高于75 ℃的安全工作界限外運行，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氣端位移。此時陽陰轉(zhuǎn)子推力軸承磨損的量不一致，向進氣端位移的量也不一致，兩個轉(zhuǎn)子的嚙合間隙變化不能達到技術(shù)要求規(guī)范，致使轉(zhuǎn)子咬合。嚴重時造成轉(zhuǎn)子報廢、同步齒輪損壞、軸封裝置損壞的重大事故。

在設備使用時，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，若機組負荷變化增加(排氣壓力、進氣壓力)、工藝參數(shù)波動(供油溫度、供油壓力、排氣溫度、進氣溫度)，推力軸承溫度則高達85～90 ℃。低的供油溫度、高的供油壓力降低了軸承溫度3～4 ℃，基本能維持設備運行，推力軸承還是長期在高于75 ℃的安全工作界限外運行。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，縮短了壓縮機的運轉(zhuǎn)周期和利用率，提高了設備檢修頻率，增加檢修費用。推力軸承磨損嚴重時若不及時停機檢修，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，供油油路設計不合理。如圖1所示。

圖1 止推軸承改造前

油泵將油箱的潤滑油注入徑向軸承進油口，潤滑冷卻徑向軸承，而后通過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動接觸面，繼續(xù)對推力軸承進行潤滑冷卻，此時潤滑推力軸承的潤滑油是經(jīng)過徑向軸承摩擦熱量加溫的潤滑油。徑向軸承對潤滑冷卻推力軸承的潤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

為推力軸承設計制造獨立供油油路。將油箱的潤滑油通過單獨通道輸送至推力軸承的摩擦運動的接觸面，直接對推力軸承潤滑冷卻后回到油箱。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。原有徑向軸承潤滑油通過推力軸承回到油箱，推力軸承得到單獨供油后，徑向軸承的潤滑油則改為通過止推軸承回到油箱。方法：將徑向軸承對著推力軸承方向的卸油口改為封油裝置，對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滑油經(jīng)止推軸承回到油箱。說明：止推軸承只是在機組啟動的瞬間承受壓縮機同步齒輪引起的推力，壓縮機運行時止推軸承兩個相對運

動接觸面是不接觸的，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)良好的潤滑降低了運動面之間的磨損，延長了推力軸承的使用壽命。每個推力軸承從6～12個月延長至24～36個月。

4)避免了因壓縮機推力軸承溫度高，而停機檢修的頻率、節(jié)約檢修成本、提高了壓縮機的運轉(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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