2MCL455型离心压缩机无油运转故障分析及修理方法

章燚

（中国航发湖南动力机械研究所，湖南 株洲 412002）

0 引言

离心压缩机作为一种动力机械设备，在化工、冶炼、石油、航空航天等领域已被广泛应用。我所气源配置有2MCL455型离心压缩机，该机组轴系示意见图1，电机与增速箱、增速箱与增压机均通过膜片联轴器联接。承超温报警（报警温度：80℃），且报警温度持续上升，在运行现场发现该台机组各轴承处出现不同程度的冒烟现象，且散发出焦糊气味。增速箱、压缩机各轴承部位温度均较高。

图1 MCL455型离心压缩机轴系示意图

对该机组增速箱、轴承座，压缩机转子两端轴承座等关键部位进行分解检查。检查发现增速箱支撑轴承磨损严重，与轴承配合处轴颈表面附着有巴氏合金，转子支撑轴承、推力轴承、级间密封磨损严重，与轴承配合处轴颈表面附着有巴氏合金，现场故障图片见图2.

2017年9月，一台2MCL455型离心压缩机在停车状态时被压缩空气吹转，该机组的增速箱、增压机等关键部件在无油润滑的情况下被高压气流吹转，导致增速箱大、小齿轮轴以及支撑轴承不同程度磨损，压缩机转子轴颈部位及其支撑轴承、推力轴承、油封、轴端密封磨损严重，该机组不能正常工作，为保障科研生产工作可以顺利开展，需对该离心压缩机进行修理。

图2 现场故障图片

2 无油运转故障分析

1 无油运转故障现象

2017年9月7日，工作人员按照运行计划安排，从9时53分开始，先后投入2台2MCL607离心压缩机（压力：1.0 MPa（A），流量：10 kg/s）供气，运行至 12时58分，发现未投运的一台2MCL455型离心压缩机（压力：3.0 MPa（A），流量：10 kg/s）转子非驱动端轴

查阅该离心压缩机组运行历史数据与现场监控画面，结合拆解情况进行综合分析，造成此次故障主要原因是该离心压缩机润滑油系统因未投运，在无油润滑情况下运转了14 min，各关键部件轴承轴瓦与轴颈间处于“干磨”状态，温度迅速上升，导致了轴瓦材料巴氏合金熔融附着在轴颈处[1]；其次在2MCL607离心压缩机投入运行时，其供气管路的隔断阀由于误操作未处于全关状态，故障离心压缩机进气管路上的电动阀也没有关闭，导致高压气流进入，吹转压缩机转子；另外，这也反映离心压缩机的控制系统运行数据检测及监控功能不够完善，离心压缩机防误操作的设计考虑不全面，不能在离心压缩机异常运转时，通过检测异常数据来进行报警和保护[2]。

3 离心压缩机修理方法

根据故障分析得出的原因和故障现象，为修复该离心压缩机组，首先需要对压缩机各关键部位的轴承、轴径等进行修理；其次在各离心压缩机增速箱联轴器处增加测转速传感器，并将传感器信号上传至机组控制系统内；最后对离心压缩机各运行人员进行安全和操作培训，避免再发生类似阀门误操作现象。本文重点描述对压缩机各关键部位的修理过程，控制系统及操作人员培训等内容不再赘述。

3.1 增速箱修理

3.1.1 大、小齿轮轴修复

将增速箱大、小齿轮轴轴颈部位在车床上利用金相砂纸进行精抛光，抛去粘附的巴氏合金后，发现轴颈无磨损，轴颈尺寸在允许范围内；轴颈修复后，对大、小齿轮轴进行动平衡试验，检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求，检测数据见表1.

表1 大、小齿轮轴动平衡检测数据

3.1.2 轴承修复与检测

（1）轴瓦间隙测量

增速箱大、小齿轮轴支撑轴承轴瓦破坏严重，直接更换轴承。轴颈与轴瓦的间隙对于运转时形成润滑油膜十分重要，测量轴瓦间隙的方法有抬轴法及压铅丝法等，此次维修采用图3所示压铅丝法[3]，通过测量铅丝厚度反映轴瓦间隙。将直径0.3 mm（略大于间隙值）铅丝压在轴颈A-B及a-b处（两侧45°角处），通过固定轴承，使轴瓦压实铅丝。

图3 压铅丝法检测轴瓦间隙

使用千分尺测量铅丝厚度，测量结果按公式（1）计算，检测数据见表2.

式中：δ为间隙值；A、B、a、b为铅丝在各点的厚度。

表2 大、小齿轮轴瓦间隙检测数据

（2）轴瓦紧力测量

轴瓦紧力保证了在运转时轴承外圈不会在轴承座内产生晃动，对于避免轴承座磨损及机械振动十分重要。采用图4所示压铅丝法，将厚度0.2 mm（由顶隙值与铅丝直径一半的和算出）铜垫片放置于轴承座结合面之间，将直径0.3 mm（略大于顶隙值）铅丝压在上轴瓦背A-B及a-b处（两侧45°角处），通过固定轴承座，使轴承座上盖压实铅丝。

图4 压铅丝法测轴瓦紧力

使用千分尺测量铅丝厚度，检测结果按公式（2）计算。检测数据见表3.

式中：δ为轴瓦紧力；A、B、a、b为铅丝在各点的

厚度；d为铜垫厚度。

表3 大、小齿轮轴瓦紧力检测数据

3.1.3 大、小齿轮啮合检测

齿轮啮合传动时，为了在啮合齿廓之间形成润滑油膜，避免因轮齿摩擦发热膨胀而卡死，齿廓之间必须留有间隙，同时齿轮副啮合时需接触良好，以保证齿间载荷分布均匀[4]。将增速箱大、小齿轮复装，对大、小齿轮进行啮合试验，使用百分表检测齿轮啮合间隙，使用红丹粉检测齿轮啮合接触斑点，检测结果符合离心压缩机使用说明书技术要求，检测数据见表4.

表4 大、小齿轮啮合试验检测数据

3.2 增压机修理

3.2.1 转子轴修复

压缩机转子轴颈部位在车床上利用金相砂纸进行了精抛光，抛去轴颈表面粘附的巴氏合金后，发现轴颈磨损严重，轴颈尺寸相差较大。轴颈修复的一般方法有机加工修复、激光熔覆及加装轴套等，因转子轴颈磨损量已经超出机加工修复和激光熔覆的有效范围，故采用加装轴套方式进行修复，轴套采用与转子轴相同的材料进行加工。轴颈修复后，对转子叶轮进行喷砂处理，以便于着色检查，着色结果显示转子叶轮无损伤及裂纹。检测完毕后，对转子进行高速动平衡试验，检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求，检测数据见表5.

表5 转子动平衡检测数据

3.2.2 轴承修复与检测

转子支撑轴承及推力轴承的轴瓦破坏严重，直接更换轴承，采用与增速箱相同方法测量轴承配合间隙，检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求。检测结果见表6.

表6 转子轴承配合间隙检测数据

3.2.3 级间密封间隙检测

将转子复装至压缩机定子上，使用铜棒将固定在定子上磨损的级间密封敲下，更换新的密封，良好的级间密封对于保证压缩机流量及运行效率十分重要，使用塞尺测量级间密封与转子轴间隙，检测示图见图5：

图5 级间密封检测示图

检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求，检测结果见表7.

表7 转子轴与级间密封间隙检测数据

3.3 离心压缩机安装与调试运行

3.3.1 增速箱与增压机安装调整

以增压机转子输入轴为基准，采用激光对中仪检测增速箱输出轴与转子输入轴的同轴度，通过调整增速箱的位置与修磨垫片精调同轴度。检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求。检测结果见表8.

表8 增速箱输出轴与转子输入轴的同轴度数据

3.3.2 电机与增速箱安装调整

以增速箱输入轴为基准，采用激光对中仪检测电机输出轴与增速箱输入轴的同轴度，通过调整电机的位置与修磨垫片精调同轴度。检测结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求。检测结果见表9.

表9 电机输出轴与增速箱输入轴的同轴度数据

3.3.3 离心压缩机调试运行

离心压缩机安装完毕之后，进行了空载及负载调试。空载运行时间约2 h；负载运行时间约4 h，运行过程中现场均无异常现象。运行数据见表10.

表10 离心空压机调试运行数据

从表10可以看出离心压缩机增速箱轴承温度、转子轴承温度、压缩机轴振动及轴位移等各项检测数据均在正常范围内，与故障发生前该台空压机运行数据无较大差异，调试运行结果符合离心压缩机使用说明书的技术要求。

4 结束语

无油运转故障是离心压缩机比较严重的故障现象，排除故障的方法较复杂。本文针对2MCL455型离心压缩机无油运转故障现象，分析了产生故障的原因，根据设备的受损情况，逐一提出了修理方法，机组修复后进行了调试运行验证，科研生产工作可以顺利开展，验证了故障分析及修理方法的有效性，为排除该类故障提供了参考。

[1]黄少峰.浅谈设备润滑技术与应用[J].活力，2009（18）：73.

[2]盛兆顺.设备状态监测与故障技术及应用[M].北京：化学工业出版社，2003.

[3]李学凯.压铅丝测量轴承顶隙方法的改进[J].贵州电力技术，2004（4）：35-38.

[4]张浩民.离心式压缩机常见故障分析[J].甘肃科技，2011，27（11）：71-73.