双轴四级离心压缩机轴头泵故障原因分析及改造.doc

双轴四级离心压缩机轴头泵故障原因分析及改造黄天旭/ 中石化洛阳分公司 摘要：分析了双轴四级离心式压缩机轴头泵频繁发生故障的原因，提出并实施了相应的改造措施，取得了满意的效果。关键词：离心式压缩机；轴头泵；改造中图分类号：TH452 文献标识码：B文章编号：1006-8155（2008）05-0075-03Reason Analysis on the Fault in Shaft Head Pump of Stage Centrifugal Compressor with Double-axisAbstract: This paper has analyzed the reason of the fault frequently occurred on shaft head pump of stage centrifugal compressor with double-axis and pointed out the relevant transformation measures. And the satisfied effect is obtained. Key words: centrifugal compressor; shaft head pump; transformation 1 双轴四级离心压缩机结构特点H240-9.5/0.98型离心式压缩机组为双轴四级结构型式（图1 ），压缩机的四级叶轮分别安装在两个转速不同的小齿轮轴的两端，构成高、低速两个转子。大齿轮转子通过齿轮联轴器与电机轴相连接，转速1489r/min，I-II级转子转速15095 r/min，-级转子转速19033 r/min。在大齿轮的非联轴器侧装有一齿轮油泵，齿轮油泵固定在压缩机的机壳上，大齿轮轴通过一增速齿轮驱动齿轮油泵。齿轮油泵的主要参数：转速为2283r/min, 流量为350L/min，压力为0.4MPa。压缩机正常工作时，由齿轮油泵作为主油泵，向压缩机的各润滑部位供油。该压缩机改造前后的结构见图1。电机齿轮泵联轴器主机电机主机 （a）改造前 （b）改造后图1 H240型离心式压缩机改造前、后结构示意图2 轴头泵故障现象及原因分析H240-9.5/0.98型空压机投用以来，轴头泵故障率很高，3年来4台机组先后出现主油泵传动齿轮损坏、断轴、抱瓦等问题16次,导致非计划停机4次，严重威胁机组的安全运行，影响正常生产。对轴头泵的故障不完全统计结果显示，在机组试运时就出现的轴头泵抱轴的有3次，传动齿轮损坏的有5次，滚键的有4次，油泵磨损间隙增大引起油压下降的有4次。_收稿日期：2008-03-21 洛阳市 471012针对该油泵的结构特点，根据实际检修中遇到的问题，同时参照有关资料，笔者认为主油泵故障率高的的原因，不排除轴头泵整体质量不过关，主油泵、传动齿轮的材料选择、加工质量存在不足，安装前检查不仔细、装配不合适的因素。但故障的根源在于传动齿轮啮合不好。这是设计本身存在的重大缺陷，主要表现在5个方面。（1）轴头泵靠端面定位在机壳侧面，极易造成传动齿轮啮合不好。一旦出现接触不好时，无法看到，也无法调节。（2）轴头泵靠端面定位齿轮箱上，靠螺栓紧固后，没有调节的余量，传动齿轮交叉度不能控制。（3）大齿轮为滑动轴承，间隙较大（大齿轮的非联轴器侧轴承顶间隙为0.250.31mm），而轴头泵的主齿轮轴与轴承之间的装配间隙较小（规范值为0.080.12mm），运行时大齿轮轻微振动就会给主油泵的传动齿轮的啮合造成很大的影响。（4）轴头泵传动齿轮为增速传动，启动过程中对其冲击较大，齿轮易损坏。（5）轴头泵传动齿轮小，无法单独对齿面进行热处理，整体对齿轮进行热处理，造成齿根较硬，易掉齿1。3 改造方案的论证与实施通过以上的技术分析，确定了轴头泵故障的根源在于轴头泵传动时啮合不好，从而造成轴头泵频繁损坏，只有将目前这种齿轮传动方式改为其它更为稳定的传动方式才能根本解决问题。为此提出了3种改造方案，其优缺点比较见表1。表1 3种改造方案的优缺点比较改造内容优点缺点改造方案一增加一台由电机驱动的螺杆泵作为主油泵主、辅油泵全用电动油泵，设计成熟，国内机组常用需增加高位油箱，投资比较大改造方案二增加一台由蒸汽驱动的螺杆泵作为主油泵设计成熟，安全可靠一次性投资大，原机组附近无蒸汽气源改造方案三采用在机组驱动电机的后端带动一台齿轮泵作为主油泵供油投资小，设计比较先进，运行可靠、节能在国产机组上试用，有一定的风险经过广泛的技术论证，最后确定了改造方案三:参照进口机组英格索兰C150MX3型空压机主油泵的传动方式，决定采用在机组驱动电机的后端带动一台齿轮泵作为主油泵供油，传动方式为联轴器联接，中间加六角弹性块。3.1 泵的选型根据H240型空压机的电机转速1489 r/min和原有主油泵的流量、压力，选择了型号为NHG-20MT的齿轮泵，流量417L/min，压力为0.6MPa，转速为1489 r/min，所配电机功率为15kW。表2是3台油泵的主要参数比较。表2 油泵主要参数比较项 目原轴头泵辅助油泵选用新齿轮泵型号3U8013-8NHG-20MT流量/（L/min）350405417压力/MPa0.40.80.6转速/（r/min）228314501489电机功率/kW41115流量/（L/min）350405417压力/MPa0.40.80.6转速/（r/min）228314501489电机功率/kW 411153.2 联轴器联接方式的选择弹性套柱销联轴器的柱销上装有橡胶套，借此获得一定的弹性和补偿两轴相对位移的能力。这种联轴器的结构简单、制造容易、更换橡胶套方便，承载能力大，主要用于载荷平稳、相对位移不大的中小型功率传动中的两轴联接。使用弹性套柱销联轴器连接许用径向位移0.20.6mm，轴向位移3mm，角位移30130。因此，使用这种联轴器后，减少了机组启动和运行过程中对齿轮泵的冲击，消除了因加工误差和安装质量问题带来的传动不稳因素，可以减少故障率。3.3 短轴、端盖的设计制作根据机械工程手册中机械零部件的设计要求，轴的尺寸主要计算方法：由于该短轴主要用于传动，所以按许用切应力来估算轴的直径。由于齿轮泵所配电机功率、转速一定，轴的材料选用45钢，轴的直径可由式（1）计算，当截面处有一个键槽时，应将求得直径增大3左右，有两个键槽时，应增大7左右，然后圆整至标准值(GB2822)2。dA(P/n)1/3 （1）式中 d轴的直径，mm P轴传递的额定功率，kW n 轴的转速，rmin A按而定的系数，见表3： 轴材料的许用切应力(MPa)。表3 几种常见轴材料的许用切应力及A值材料Q235，2035钢45钢40Cr,35SiMn,2Cr131220203030404052A16013513511811810710798根据式（1）计算：dA(P/n)1/3=118(15/1500)1/3=25.4mm轴上加上一个键槽，直径增加为d=26mm。根据泵所带的联轴器的尺寸，最后将轴的直径圆整到国标确定为42mm。结合空压机电机后轴端的实际结构，根据有关设计规范，确定出轴上螺旋密封、骨架油封的定位尺寸，依次确定轴的其它尺寸，由此设计了一套短轴和端盖。3.4 齿轮泵的安装短轴与电机轴使用止扣定位以保证同轴度，由于电机后端轴上4个工艺孔不对称，所以首先以电机轴的外径为基准面，调整紧固螺栓，在保证短轴与电机轴中心的同轴度在0.02mm以内后，紧固螺栓固定。然后再将输出短轴和齿轮泵对中，最后使用弹性套柱销联轴器联接。3.5 管线配置泵安装就位后，根据泵的位置，不增加任何阀门，在原有管线尽量利用的基础上，配置新的润滑油管线，并对润滑油管线进行碱洗、酸洗、中和水洗，最后用净化风吹干，确保润滑油系统干净。3.6 试运2003年11月18日，我公司1#空压机主油泵改造工作全部完成。启动空压机后各项参数正常， 新上主油泵压力达到0.22MPa（原油泵压力为0.1950.205MPa），满足使用要求。4 改造效果机组运行后，经过多次的监测分析，工艺参数在正常范围内，齿轮泵的振动频谱比较稳定，谱线正常。改造后机组主要运行情况监测见表4。表4 齿轮泵主要运行参数（1#机）项 目参数值规范值齿轮泵油压/ MPa0.2070.1950.205 齿轮泵油温/393545齿轮泵最大壳体振动/（mm/s）0.7 小于7.1 齿轮泵最大壳体加速度/（m/s2）4.2齿轮泵壳体最高温度/49电机前端振动/（mm/s）0.9 改造前为1.0 电机后端振动/（mm/s）0.89 改造前为1.3 从检测数据看，齿轮泵的振动和温度指标都在标准范围内，其对电机的运行影响也极小，总体运行良好。1#机主油泵在运行半年以后，相续对其它3台机的轴头泵进行了改造。到目前为止，4台空压机的主油泵已安全运行多年，运行参数非常稳定，这标志着H240型轴头泵改造获得成功。这为相同机型的轴头泵的改造提供了成功的范例，这对空压机的长周期运行将起到关键性的作用。5 结论H240型离心式压缩机