循環(huán)氫壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)故障分析

馬婷，褚學(xué)文

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

背景分析：在查找原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口管路中的管道過濾器損壞，將濾網(wǎng)吸入轉(zhuǎn)子第一個(gè)葉輪中。此次還引起轉(zhuǎn)子彎曲、各密封損壞。找到原因后，通過制定修復(fù)工藝方案和更換損壞配件，將轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)喘振時(shí)所損壞的支撐軸承、推力軸承更換，對轉(zhuǎn)子彎曲進(jìn)行了矯直，確保其幾何形狀及公差。同時(shí)在修復(fù)過程中，為確保設(shè)計(jì)尺寸及公差的要求，又制定了修復(fù)加工方法及注意事項(xiàng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。如圖1為機(jī)組裝置布置。濾網(wǎng)被吸入轉(zhuǎn)子首級(jí)葉輪中，出口管路內(nèi)未發(fā)現(xiàn)異物存在。由此可以判斷引起本次機(jī)組開車過程中進(jìn)口端振動(dòng)值大而跳車（超過88.9μm），出口端振動(dòng)值也高出報(bào)警值（超過63.5um）的原因是由轉(zhuǎn)子葉輪被吸進(jìn)異物所致。下圖為現(xiàn)場拆檢后損壞的管道過濾器殘骸，如圖2所示。

圖1

圖2

BCL408/A循環(huán)氫壓縮機(jī)性能參數(shù)如表1。

表1

1 進(jìn)出氣管路內(nèi)的質(zhì)量控制檢查

首先對機(jī)組進(jìn)出口管路進(jìn)行拆檢查驗(yàn)，經(jīng)拆檢查驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣管路中的管道過濾器有銹蝕和撕裂損壞。并有大部分過

針對管道過濾器的損壞進(jìn)行了質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)濾網(wǎng)有銹蝕堵塞現(xiàn)象存在。經(jīng)過分析得出以下結(jié)論。

（1）機(jī)組停機(jī)時(shí)間長（1年有余）。

（2）機(jī)組和管道沒有做氣體保護(hù)。

（3）開車前未對機(jī)組進(jìn)出氣管道過濾器進(jìn)行拆檢查驗(yàn)。

（4）由于長時(shí)間停機(jī)存放，機(jī)組和管道進(jìn)入濕氣，致使管道內(nèi)壁和濾網(wǎng)有銹蝕、起皮。當(dāng)機(jī)組開車的時(shí)候，在介質(zhì)氣流壓力的沖刷下將銹蝕、起皮斑塊帶入過濾網(wǎng)上的小孔上，并將部分濾網(wǎng)小孔堵塞，影響了氣體進(jìn)氣流量和壓力，從而造成機(jī)組進(jìn)氣量不足，而引起機(jī)組的進(jìn)氣管道喘振，因此將濾網(wǎng)吸入損壞。同時(shí)此事故也造成機(jī)組內(nèi)溫度升高，影響轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性（包括氣體溫度、流量、壓力、軸振動(dòng)等參數(shù)）。

對于損壞的管網(wǎng)過濾器進(jìn)行了重新的選型。在選型時(shí)要充分考慮機(jī)組的氣體流量、壓力，同時(shí)也要考慮濾網(wǎng)的公稱直徑DN、長度、濾網(wǎng)小孔直徑大小（目數(shù)）、濾網(wǎng)連接形式等參數(shù)。

找到引起機(jī)組振動(dòng)跳車的原因后，在回裝前按照石油化工標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)組進(jìn)出氣相應(yīng)管路進(jìn)行氣密性打壓檢查，至符合氣體打壓（工作壓力的1.5倍），水壓試驗(yàn)（工作壓力的1.25倍）合格要求。對損壞的進(jìn)口管道過濾器進(jìn)行更換。

2 對轉(zhuǎn)子的質(zhì)量控制檢查

對于這次機(jī)組停車事故，針對被吸入的異物及轉(zhuǎn)子的振動(dòng)值超報(bào)警值的情況，決定對轉(zhuǎn)子進(jìn)行以下幾方面質(zhì)量檢查。

2.1 對轉(zhuǎn)子軸的質(zhì)量控制檢查

（1）徑向跳動(dòng)的檢查。因異物吸入到轉(zhuǎn)子葉輪進(jìn)口流道（推力軸承側(cè)）中，致使加大了轉(zhuǎn)子的不平衡性，同時(shí)對轉(zhuǎn)子軸造成瞬間的沖擊，嚴(yán)重影響機(jī)組轉(zhuǎn)子的平穩(wěn)性運(yùn)轉(zhuǎn)，造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)值超差，聯(lián)鎖停車。

對機(jī)組拆檢查驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸端密封磨損、出口端平衡盤密封內(nèi)孔軸封磨損和碰撞。基于此將轉(zhuǎn)子放在臥車床上進(jìn)行檢查轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子入口端軸頸徑向跳動(dòng)值最大，在0.18mm，出口端最小在0.06mm。

（2）處理的方法。對轉(zhuǎn)子上述各密封磨損處進(jìn)行目視化檢查和測量，針對實(shí)際磨損情況制定修復(fù)方案。

實(shí)際查驗(yàn)結(jié)果：葉輪口圈、軸封套磨損痕跡呈不均勻、不規(guī)則的圓周溝痕。最深處有溝痕0.5×1.5寬，局部粘有鋁密封殘留痕跡。

處理方法：對轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行矯直（包括軸火焰矯直和靜、動(dòng)平衡），對密封處局部粘有鋁密封殘留痕跡進(jìn)行紗布或油石、銼刀進(jìn)行處理，對于嚴(yán)重的軸套進(jìn)行更換、激光熔覆或刷鍍。

2.2 對葉輪的質(zhì)量控制檢查

（1）葉輪的檢查口圈跳動(dòng)檢查。在轉(zhuǎn)子上進(jìn)口端一級(jí)葉輪吸入異物（因氣體進(jìn)口管道過濾器損壞撕裂），造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)，故需對轉(zhuǎn)子上各葉輪部件進(jìn)行目視化和量具檢測。所以將轉(zhuǎn)子放在臥車上對各葉輪口圈進(jìn)行徑向和端面跳動(dòng)檢測。

經(jīng)過目視檢測發(fā)現(xiàn)一級(jí)葉輪進(jìn)口處因金屬異物吸入卡澀在其中，將入口蓋盤圓弧和葉片撞擊，造成該處研痕、葉片有5處不同程度上開裂現(xiàn)象，其余葉片也存在大小不均的毛刺。

用百分表進(jìn)行軸上各葉輪進(jìn)行徑向和端面跳動(dòng)檢查，發(fā)現(xiàn)被吸入的一級(jí)葉輪口圈徑向跳動(dòng)很大，最大在1.8～0.75mm，端面跳動(dòng)在0.65mm。其余葉輪變化不大，跳動(dòng)值在0.05mm以下，基本符合要求。

同時(shí)還對其余葉輪進(jìn)行目視檢查無異常現(xiàn)象。

（2）處理方法。將一級(jí)葉輪從主軸上拆下，對葉輪進(jìn)行全面著色檢查（軸盤、葉片、蓋盤焊接處），結(jié)果除上述5處有裂紋外，還有3處存在隱形裂紋。將葉輪存在的質(zhì)量問題（按照葉輪焊接工藝文件及檢測標(biāo)準(zhǔn)）編制焊接、加工修復(fù)工藝文件進(jìn)行修復(fù)，這里包括焊接、應(yīng)力去除、著色檢驗(yàn)、加工等工序。

同時(shí)還對其它葉輪也進(jìn)行著色檢測無異常現(xiàn)象。

將上述葉輪和主軸上各零部件嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)子裝配工藝組裝在一起，并對轉(zhuǎn)子進(jìn)行徑向跳動(dòng)檢查其值控制在0.03mm，然后對其進(jìn)行動(dòng)平衡，保證轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度在0.5mm/s。

3 機(jī)組開車要領(lǐng)注意事項(xiàng)

對于此次發(fā)生事故的機(jī)組，除了對轉(zhuǎn)子做好動(dòng)平衡精度保證及軸承裝配精度、各密封間隙外，在初次開車時(shí)一定要注意緩慢機(jī)組升轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到工作轉(zhuǎn)速（如果是代用氣體還要進(jìn)行介質(zhì)氣體密度的換算，計(jì)算出最高升轉(zhuǎn)速值）。同時(shí)做好機(jī)組升速過程中的操作要領(lǐng)和注意事項(xiàng)。

該裝置是由汽機(jī)和主機(jī)組成的，如圖1所示。從造成此次機(jī)組事故的分析原因主要是進(jìn)口管道過濾器損壞而停機(jī)，而致使該主機(jī)轉(zhuǎn)子軸發(fā)生彎曲、部分葉片焊口有裂紋、一級(jí)葉輪口圈變形等質(zhì)量問題。所以根據(jù)機(jī)組停車時(shí)間較長、又發(fā)生此次事故。對初次開車時(shí)要對整個(gè)升速過程分成幾個(gè)區(qū)段進(jìn)行，其目的使主機(jī)轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱應(yīng)力和離心力的釋放，在汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的作用下，通過聯(lián)軸器傳遞從而使轉(zhuǎn)子軸系從低速到高速回歸成一條旋轉(zhuǎn)水平軸心線。所以要對機(jī)組轉(zhuǎn)速制定整個(gè)升速過程曲線（包括汽機(jī)暖機(jī)、初次升速、每個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)間控制、速率、臨界轉(zhuǎn)速掌控、工作轉(zhuǎn)速及代用氣體轉(zhuǎn)速）。

在整個(gè)升速過程中嚴(yán)格按照開車升速曲線進(jìn)行，具體如表2。

表2

根據(jù)這次試車的結(jié)果，體現(xiàn)了整個(gè)檢修過程及檢修方案制定是正確的。尤其是開車過程嚴(yán)格按照升速操作要求去做，使轉(zhuǎn)子殘存應(yīng)力得到了充分釋放，先后經(jīng)過3次開車也得到了進(jìn)一步檢驗(yàn)和證實(shí)。機(jī)組進(jìn)行72h的機(jī)械和帶負(fù)荷運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)滿足API617標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)語

綜上所述，對該機(jī)組修復(fù)后的轉(zhuǎn)子（因是BCL機(jī)組結(jié)構(gòu)），在回裝時(shí)特對機(jī)組上損壞的支撐軸承、推力軸承、各密封進(jìn)行全部更換，并進(jìn)行了重新檢測來滿足壓縮機(jī)裝配要求規(guī)范。在用戶現(xiàn)場進(jìn)行回裝，經(jīng)過調(diào)試，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及氣動(dòng)性能參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求規(guī)范（振動(dòng)、頻譜、溫度、位移值、流量、壓力、轉(zhuǎn)速穩(wěn)定）。所以對轉(zhuǎn)子這次關(guān)鍵各零部件的檢修、裝配及修復(fù)，嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的修復(fù)、加工工藝過程及手工修復(fù)方法，達(dá)到合格要求并得到用戶的肯定。