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離心壓縮機(jī)中冷故障導(dǎo)致葉輪損壞分析

  【壓縮機(jī)網(wǎng)一、引言

  化工裝置實(shí)際使用中的一些低壓和中壓壓縮機(jī),往往采用多級(jí)壓縮。即設(shè)置中間冷卻器,對(duì)一級(jí)壓縮排出的高溫空氣經(jīng)過(guò)冷卻后,再吸入二級(jí)氣缸進(jìn)行二級(jí)壓縮,以達(dá)到所需壓力。采用二級(jí)壓縮,是因?yàn)橐脝渭?jí)壓縮來(lái)獲得較高的空氣壓力。只有將壓縮比(排氣壓力與吸氣壓力之比)提高,這樣容積系數(shù)就會(huì)隨壓力比的提高而降低。此外,由于壓縮比的提高,壓縮后的空氣溫度就會(huì)更高,從而使壓縮過(guò)程及壓縮機(jī)出現(xiàn)如下缺陷:

  1)壓縮比提高后所產(chǎn)生的大量熱量,因受冷卻條件與冷卻效率的限制,不能及時(shí)排除,就使多變壓縮線遠(yuǎn)離等溫壓縮線而偏近絕熱壓縮線,將大大增加動(dòng)力的消耗。

  2)壓縮空氣的溫度過(guò)高,由于熱交換,會(huì)使機(jī)體整體溫度升高,會(huì)使?jié)櫥褪ピ行阅?,如粘度降低,?dǎo)致壓縮機(jī)的潤(rùn)滑不良而出現(xiàn)故障。嚴(yán)重時(shí),還可能引起機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油的燃燒。

  采用多級(jí)壓縮,就能達(dá)到較高壓力的需要。它比單級(jí)壓縮時(shí)的耗功少。經(jīng)中間冷卻器冷卻過(guò)的壓縮空氣,溫度大為降低,其中的部分永分被析出,也為下一級(jí)壓縮提供較干燥的低溫空氣。多級(jí)離心式壓縮機(jī)通常需要設(shè)置級(jí)間冷卻器,經(jīng)壓縮機(jī)一級(jí)壓縮后氣體溫度高,通過(guò)級(jí)間冷卻器冷卻,機(jī)組效率提高,所以中冷換熱效果質(zhì)量也深刻影響壓縮機(jī)的性能。

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  二、機(jī)組概述

  空壓站K-101C為某國(guó)外進(jìn)口壓縮機(jī)機(jī)組,是一種可靠高效的高速離心式空氣壓縮機(jī),用來(lái)為裝置提供無(wú)油的壓縮空氣。壓縮機(jī)為整體組裝,由電機(jī)驅(qū)動(dòng),壓縮機(jī)與電機(jī)采用齒式聯(lián)軸器連接,整個(gè)機(jī)組,包括潤(rùn)滑油系統(tǒng),控制系統(tǒng)及輔助部件,安裝在一個(gè)公共的鋼制臺(tái)板上。

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  整個(gè)壓縮機(jī)包括:

  1.主電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)各級(jí)公用的大齒輪。

  2.每一壓縮級(jí)包括一個(gè)工作葉輪,直接安裝在齒輪軸上。

  3.轉(zhuǎn)子包括一個(gè)整體小齒輪,由大齒輪按其最佳轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)。

  4.在每一壓縮級(jí)后安裝有中間冷卻器。

  5.在每個(gè)冷卻器后安裝有一個(gè)氣水分離器及一套氣水分離系統(tǒng)以分離冷凝水。

  空壓機(jī)性能參數(shù)如下:

  型號(hào):C80M×3

  額定流量:13234Nm3/hr

  大氣壓力:1.01bar

  進(jìn)氣壓力:0.99bar

  排氣壓力:10.5bar

  進(jìn)氣溫度:35°

  冷卻水溫度:33°

  冷卻水溫升:13°

  第一級(jí)冷卻器水流量:556L/min

  第二級(jí)冷卻器水流量:680L/min

  油冷卻器冷卻水流量:395L/min

  總計(jì)冷卻水流量:1631L/min

  額定轉(zhuǎn)速:2975rpm

  電機(jī)功率:2500HP

  機(jī)組聯(lián)鎖項(xiàng)目及設(shè)定值:

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  原機(jī)組原級(jí)間換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示:

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  原機(jī)組理論設(shè)計(jì),空氣走管內(nèi),水走管外的空氣冷卻器具有以下幾個(gè)主要特點(diǎn):水——接觸面與氣——接觸面是列管式冷卻器的兩倍,這樣使冷卻效果更好,溫升更低,并且使結(jié)垢后而引起機(jī)器運(yùn)行性能變差的可能性更小。因此降低了冷卻水流量和冷卻器維護(hù)保養(yǎng)的工作量。中間冷卻器的設(shè)計(jì)避免了高溫管道進(jìn)出空壓機(jī)的連接問(wèn)題。在設(shè)計(jì)中沒(méi)有外露的管道,避免了在管路中采用價(jià)格昂貴的膨脹節(jié)。水走管外還起著隔絕氣流噪音的作用,空氣冷卻器可在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行反沖或現(xiàn)場(chǎng)清洗。這兩種方法都最大限度地降低了清洗冷卻器所需的停機(jī)時(shí)間。

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  但現(xiàn)實(shí)環(huán)境由于循環(huán)冷卻水水質(zhì)問(wèn)題,且機(jī)組安裝時(shí)并沒(méi)有配置相應(yīng)的循環(huán)冷卻水濾芯,換熱器沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的效果,實(shí)際運(yùn)行中,壓縮機(jī)排氣溫度始終偏高。最終決定更換級(jí)間換熱器,實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。如圖所示:

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  進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化:

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  機(jī)組有兩個(gè)級(jí)間換熱器,分別為一級(jí)到二級(jí)之間,二級(jí)到三級(jí)之間。

  機(jī)組原裝換熱器拆除,如圖所示:

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  新?lián)Q熱器氣路通道焊接支撐板。新舊換熱器內(nèi)部有差別,新?lián)Q熱器里面沒(méi)有絲網(wǎng)除沫器。下圖:

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  新?lián)Q熱器焊接安裝后外形圖:

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  三、換熱器支撐板脫落故障

  機(jī)組新?lián)Q熱器改造后,換熱效果大大改觀,滿足了機(jī)組排氣溫度要求。運(yùn)行半年后機(jī)組各項(xiàng)工藝參數(shù)指標(biāo)正常。2021年4月15日,機(jī)組在運(yùn)行中突然出現(xiàn)聯(lián)鎖停機(jī),儀表專業(yè)檢查聯(lián)鎖原因,確認(rèn)是二級(jí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)超標(biāo)聯(lián)鎖啟動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)。

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  根據(jù)儀表監(jiān)測(cè)結(jié)果,首先對(duì)壓縮機(jī)二級(jí)轉(zhuǎn)子及二級(jí)進(jìn)氣導(dǎo)管,擴(kuò)壓器進(jìn)行拆除檢查,經(jīng)過(guò)解體檢查發(fā)現(xiàn),二級(jí)葉輪擴(kuò)壓器中有上圖所示鐵塊,葉輪已經(jīng)被鐵塊打擊變形,盤(pán)車(chē)有刮蹭聲音。至此,決定將各級(jí)均打開(kāi)檢查,最終發(fā)現(xiàn),鐵塊是一級(jí)換熱器支撐筋板腐蝕脫落。經(jīng)過(guò)對(duì)腐蝕部位檢查分析認(rèn)為:支撐筋板強(qiáng)度尺寸弱,焊點(diǎn)沒(méi)有滿焊,裝置地處海邊,空氣中鹽分偏高,造成腐蝕異常,最終導(dǎo)致筋板腐蝕斷裂脫落,進(jìn)入到二級(jí)葉輪處,造成葉輪損壞,導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)聯(lián)鎖停機(jī)。最終對(duì)機(jī)組兩個(gè)級(jí)間換熱器都重新仔細(xì)檢查,沒(méi)有滿焊的筋板重新打磨焊接,一級(jí)與二級(jí)之間的換熱器也有一定腐蝕,重新打磨補(bǔ)焊,將強(qiáng)度弱的加強(qiáng)筋板進(jìn)行更換。

  四、分析檢查

  通過(guò)對(duì)機(jī)組各級(jí)拆檢過(guò)程各部檢查說(shuō)明,在日常機(jī)組定期例行保養(yǎng)上,存在檢查缺失項(xiàng),沒(méi)有設(shè)置檢查附屬系統(tǒng)換熱器的各部位結(jié)構(gòu)腐蝕項(xiàng)目。并且機(jī)組三年大修時(shí),換熱器管束只做了清洗打壓,沒(méi)有對(duì)整體筋板做進(jìn)一步的減薄測(cè)量與防腐處理,沒(méi)有參照?qǐng)D紙復(fù)核支撐結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)周期腐蝕減薄量,這是造成此次設(shè)備事故的主要原因。而換熱器筋板設(shè)計(jì)偏薄、裝置環(huán)境地處近海、空氣潮濕、易產(chǎn)生鹽霧腐蝕是次要原因。本次設(shè)備事故暴露出機(jī)組特護(hù)設(shè)備在日常保養(yǎng)及檢修時(shí),只重視機(jī)組主機(jī)范圍內(nèi)的檢查與測(cè)量,但機(jī)組輔助系統(tǒng)換熱器的檢查檢修流于常規(guī)檢查,只是清理疏通管束、除垢、除銹,沒(méi)有專業(yè)的對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行減薄測(cè)量復(fù)核,且沒(méi)有對(duì)腐蝕部位進(jìn)行防腐處理,最終導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)設(shè)備事故。從此次設(shè)備事故,顯現(xiàn)出定期局部保養(yǎng)檢查的必要性。機(jī)組因所處環(huán)境不同,日常例行保養(yǎng)與定期檢查特殊項(xiàng)目必須檢查到位。為此,設(shè)備部重新修訂換熱器日常保養(yǎng)項(xiàng)目?jī)?nèi)容,定期換熱器專項(xiàng)檢查檢測(cè),檢修換熱器必要檢查隱患項(xiàng)目。做到機(jī)組各部全程監(jiān)測(cè),處處質(zhì)量可控,特護(hù)機(jī)組每一個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)特別對(duì)待。

  五、回裝檢查

  本次設(shè)備事故造成二級(jí)葉輪損壞,二級(jí)齒輪軸彎曲損壞,氣封磨損失效,油封磨損失效,擴(kuò)壓器磨損,轉(zhuǎn)子徑向軸承碎裂脫落。

  下圖為葉輪損壞圖:

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  葉輪在擴(kuò)壓器內(nèi)部,葉輪拆除后,三元流扭葉被脫落的鐵塊擊打變形扭曲,給予更換。

  二級(jí)擴(kuò)壓器內(nèi)圓弧面因葉輪變形刮蹭,表面損傷,如圖所示:

  二級(jí)擴(kuò)壓器圓弧面經(jīng)激光熔覆修復(fù)后如圖所示:

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  下圖為二級(jí)齒輪軸磨損彎曲及舊氣封拆解:

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  舊二級(jí)齒輪軸與舊氣封分解圖:齒輪軸與氣封油封配合處已磨損出數(shù)道溝槽。舊二級(jí)齒輪軸與新齒輪軸對(duì)比圖:

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  舊二級(jí)齒輪軸因葉輪變形與擴(kuò)壓器刮蹭后導(dǎo)致已彎曲變形,沒(méi)有修復(fù)價(jià)值,因而更換。

  二級(jí)齒輪軸轉(zhuǎn)子總成進(jìn)行整體更換,氣封與油封因齒輪軸彎曲造成損壞,給予更換。二級(jí)新轉(zhuǎn)子總成如圖所示:

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  二級(jí)轉(zhuǎn)子的損壞,使轉(zhuǎn)子振動(dòng)加劇,也導(dǎo)致軸承接觸部位巴士合金出現(xiàn)局部碎裂脫落,徑向軸承拆出給予更換。由于軸承碎裂,巴士合金掉落齒輪箱,隨即將齒輪箱底清理徹底,潤(rùn)滑油用過(guò)濾機(jī)進(jìn)行過(guò)濾后使用。

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來(lái)源:本站原創(chuàng)

標(biāo)簽: 葉輪離心壓縮機(jī)故障  

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