二空分TC1001B 主油泵联轴器断裂原因分析及处理

王东升 王长青 郝以彬 刘建勇

中国石油独山子石化公司设备检修公司乙烯钳工车间新疆独山子 833699

二空分TC1001B 空压机为中国石油独山子石化公司级关键机组， 其主油泵做为润滑系统核心设备近两年均出现了联轴器断裂的现象。 造成空压机非计划性停车，严重影响了装置的平稳生产。

1 结构原理

二空分TC1001B 空压机由美国英格索兰公司制造，为齿轮式多轴压缩机，由电动机通过齿式联轴器直接驱动增速机的大斜齿轮，三根单齿轮轴、单叶轮形式的转子呈正三角形分布在增速机的主动齿轮圆周面上， 从而实现三级压缩。 该机组主油泵型式为单螺杆泵，通过螺杆回转运动腔体容积变化进而达到吸、压油的作用，转速为1450rpm，耗用功率为22kW。 机组和主油泵概貌图见图1。

2 故障现象

2017 年6 月26 日和2018 年4 月15 日两次由于主油泵联轴器断裂致使油压低，造成机组联锁停机。

图1 TC1001B 空压机机组和主油泵概貌图

（1） 两次故障均发现主油泵（轴头泵）轮胎式弹性联轴器在主油泵侧撕裂，但上下两瓣和电机侧完好（图2、图3）。

图2 2017 年6 月26 日断裂图

图3 2018 年4 月15 日断裂图

（2） 联轴器对轮与电机轴和主油泵轴配合的部分完好，螺栓紧固无松动，主油泵盘车良好，主油泵地脚螺栓紧固无松动，其他正常。

（3） 油泵底板变形较为严重（图4）。

图4 油泵底板变形

3 联轴器断裂原因分析

3.1 主油泵联轴器结构选型分析

联轴器为美国莱克斯诺公司生产的直孔轴套弹性体联轴器（图5），型号为E4-M，具有结构简单、装配时间短、无需润滑等特点，并且有较高的强度和抗疲劳特性。 表1 为联轴器的机械参数及工艺参数。

图5 联轴器结构图

电机转速为1450rpm，联轴器轴径为￠38。通过通过查看表1 的技术参数，认为选型符合要求，不存在选型不符的问题。

3.2 联轴器材质的分析

联轴器分为与电机轴和主油泵轴配合部分（材质均是钢铁、键连接）、弹性联轴器的上下两瓣部分（材质是钢环与橡胶热融连接）、与轴配合的部分和弹性联轴器的上下两瓣部分， 它们彼此通过8 个M5 的螺栓连接。 其中联轴器上下两瓣部分由于是通过钢铁与橡胶热融连接，连接强度最为薄弱。

仔细查看联轴器损坏部位， 正是联轴器上下两瓣部分的钢环与橡胶热融连接处，表现为瞬间撕裂状况，从而使联轴器出现故障，如图6 所示。

图6 联轴器断裂部位

通过查看联轴器的运行情况（表2），发现联轴器的运行周期变化极大， 分析原因认为是其质量缺陷造成了后期运行周期过短。

3.3 对中误差、管线应力的影响

泵轴和驱动机必须进行对中， 防止那些可能或多余的力作用在轴上，进而导致振动超标造成断裂。 该油泵底座存在变形，支撑刚性差。 在对中过程中要通过调整支撑以及油泵与支撑面来综合的对中， 确保在其标准范围内，如图7 所示。

由于油泵吸入和排出侧采用内螺纹连接的型式，必须采用精密配合的直圆柱外螺纹部件连接。 连接时避免不了会产生应力作用在泵上， 运行时就会造成振动增大，进而影响对中效果。

3.4 电机磁力中心线的影响

表1 机械参数及工艺参数

表2 油泵运行时间统计

图7 直孔轴套联轴器对中范围图

检修中发现，两联轴器轴头位置存在变化。 分析认为：由于该电机与压缩机连接形式为齿式联轴器，受电机磁力中心线影响， 整个转子轴向在启停时会有一定的窜量。 主电机无止推轴承，在开机、停机时受磁力线的影响，转子轴向窜量达可达10mm 左右，此时主油泵联轴器若轴向受拉伸力较大， 出现故障的可能性较大。 轮胎联轴器承受旋转扭矩和减缓传递振动的作用，对轴向拉伸承受能力有限，这样容易造成联轴器断裂。而且轮胎联轴器裂纹在不停机的情况下通过外观检查不易被发现，监测起来困难。

综上所述， 联轴器断裂的主要原因在于其质量缺陷不易发现，以及对中和受电机磁力中心线影响较大。

4 处理措施及建议

4.1 处理措施

（1） 将电机与压缩机齿式联轴器改成膜片式联轴器，这样可以减少受磁力中心线影响，避免电机轴轴向窜量过大， 而且也节省了齿式联轴器定期加润滑造成的停机时间。

（2） 将油泵进出口断开，更换轮胎联轴器，进行对中；然后在油泵进出口径向和轴向架表，紧固进出口连接螺栓，检查管线有无应力附加在泵上，若有则及时调整泵体支撑消除应力后重新对中。

（3） 开展状态监测，对设备运行情况进行监测分析，特别对异常数据进行分析并及时处理。

4.2 改进建议

（1） 由于轮胎联轴器橡胶部分在采购验货时很难监测其有无缺陷，建议选择质量有保证的厂家。 由于橡胶难免老化，建议定期更换联轴器。

（2） 对该空压机的润滑方式改为辅助油泵供油，且增加备用泵， 在运行油泵发生故障时可以自启确保机组润滑正常，从而减少关键机组停机频次。

5 检修后油泵运行情况

2018 年4 月16 日02：17 TC1001B 空压机主油泵开机，运行正常。 连续监测近两个月，监测结果见表3和图8， 可见泵两端轴承水平振动烈度均远低于4.5mm/s ，加速度均值也偏低，温度、声音均正常，油泵运行趋势平稳。

6 结束语

表3 二空分TC1001B 主油泵状态监测表

图8 油泵运行趋势图

一般大功率电机与油泵直连， 必须要考虑到电机磁力中心线是否影响油泵联轴器的正常使用。 且轮胎式联轴器要定期检查和更换，以避免非计划性检修。