小型透平膨脹機(jī)機(jī)械故障原因分析及處理

1、小型透平膨脹機(jī)機(jī)械故障原因分析及處理 PLN-64-025型透平膨脹機(jī)(廠家0303A)系哈爾濱制氧機(jī)廠KZO-50型空分設(shè)備(廠家1K015A)的配套主機(jī)之一。具備所有靜壓氣體潤(rùn)滑透平膨脹機(jī)(以下簡(jiǎn)稱膨脹機(jī))共有的特性，尤其啟動(dòng)性能極佳。該套空分設(shè)備于1992年5月開(kāi)始安裝，12月正式投產(chǎn)，至2000年5月底，分餾塔加溫30余次，膨脹機(jī)卻從未取下拆檢。6月3日膨脹機(jī)聲音異常緊急停車，折檢發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)葉輪防松螺母松動(dòng)，因未及時(shí)發(fā)覺(jué)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)葉輪葉片磨損過(guò)大而報(bào)廢，釀成整個(gè)空分設(shè)備停產(chǎn)近一個(gè)月的重大損失。1 故障現(xiàn)象與經(jīng)過(guò)    1998年7月14日11時(shí)，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速表

2、突然失靈，轉(zhuǎn)速指示從67000rmin降至30000rmin左右，指針有時(shí)在030000rmin之間來(lái)回?cái)[動(dòng)，但膨脹機(jī)未發(fā)現(xiàn)異常聲音。由于氧氣供應(yīng)相當(dāng)緊張，運(yùn)行人員未緊急停機(jī)，技術(shù)人員也認(rèn)為是轉(zhuǎn)速表本身故障，未要求拆檢膨脹機(jī)。由于膨脹機(jī)運(yùn)行聲音、膨脹前后溫度、膨脹前后壓力均正常，在轉(zhuǎn)速表指示失靈的狀況下，膨脹機(jī)一直在運(yùn)行。    2000年6月1日7時(shí)，運(yùn)行人員聞聲膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音不正常，馬上停車，外觀檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)端蓋過(guò)熱。 8時(shí)30分，技術(shù)人員拆開(kāi)風(fēng)機(jī)端蓋進(jìn)氣法蘭，通人06MPa的軸承氣，通過(guò)風(fēng)機(jī)端蓋對(duì)轉(zhuǎn)子起浮狀況檢查優(yōu)良，測(cè)量轉(zhuǎn)子與中間體外殼的電阻值無(wú)窮大，風(fēng)機(jī)

3、葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)也正常，就認(rèn)為膨脹機(jī)不存在問(wèn)題。設(shè)備重新啟動(dòng)后，膨脹機(jī)運(yùn)行無(wú)異常。6月3日9時(shí)，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)運(yùn)行聲音異常，風(fēng)機(jī)端蓋發(fā)燙，隨后緊急停車。拆檢膨脹機(jī)發(fā)現(xiàn)：風(fēng)機(jī)輪葉片全部磨損(減少225mm)，風(fēng)機(jī)端蓋有顯然的摩擦痕跡，風(fēng)機(jī)輪壓緊螺母可活動(dòng)而喪失緊固作用，磁電傳感器線圈顏色發(fā)黑，軸承及轉(zhuǎn)子也有稍微的摩擦痕跡，膨脹葉輪一葉片根部有6mm的徑向裂痕缺陷。2 故障原因分析及判定方法    轉(zhuǎn)速表指示失準(zhǔn)，一般有兩種原因：一是因膨脹機(jī)本身故障造成轉(zhuǎn)速表指示異常，這種狀況往往伴隨著膨脹機(jī)有嚴(yán)重的異常聲音；二是磁電傳感器故障所致。   

4、磁電傳感器安裝在制動(dòng)風(fēng)機(jī)的端蓋中間，由兩塊繞有線圈的永久磁鐵組成，利用磁電感應(yīng)原理，如果線圈對(duì)地短路或內(nèi)部受潮絕緣被破壞，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)切割磁力線產(chǎn)生的感應(yīng)電流出現(xiàn)變化，造成測(cè)量轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)?？捎谜讱W表測(cè)量線圈接線對(duì)地電阻及絕緣程度，以作出準(zhǔn)確的診斷。    膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速表在040環(huán)境溫度下能正常工作，溫度過(guò)低或過(guò)高均對(duì)轉(zhuǎn)速表測(cè)量不利。在分餾塔加溫時(shí)沒(méi)有取下膨脹機(jī)，即使在風(fēng)機(jī)排氣放空閥關(guān)閉的狀況下，由于冷吹階段空氣的溫度遠(yuǎn)低于0，加溫后期的空氣溫度又高于40，這兩種溫差較大的氣體長(zhǎng)時(shí)間充滿風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，磁電傳感器線圈受影響最大，多次進(jìn)行加溫，就會(huì)產(chǎn)生線圈受潮不絕緣、對(duì)地短路的故

5、障，在這種狀況下轉(zhuǎn)速表指示會(huì)遲鈍且低于實(shí)際轉(zhuǎn)速。    轉(zhuǎn)速表本身發(fā)生故障的狀況十分少見(jiàn)。在轉(zhuǎn)速表指示失準(zhǔn)的狀況下，可先判斷是否因機(jī)械故障所致，應(yīng)拆下膨脹機(jī)進(jìn)行檢查。如機(jī)械系統(tǒng)無(wú)異常，可憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作，轉(zhuǎn)速顯示偏低，不必?fù)?dān)心膨脹機(jī)因轉(zhuǎn)速超高而自動(dòng)停車，造成分餾塔上塔壓力上升進(jìn)而威脅分餾塔的安全。可在保證膨脹機(jī)前后壓力、溫度處于正常范圍內(nèi)維持運(yùn)轉(zhuǎn)。    風(fēng)機(jī)輪葉片與風(fēng)機(jī)端蓋的嚴(yán)重摩擦，是導(dǎo)致風(fēng)機(jī)輪損壞的直接原因。這種故障只有在風(fēng)機(jī)輪螺母顯然松動(dòng)的狀況下才會(huì)發(fā)生。螺母一般都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時(shí)不會(huì)自動(dòng)松脫。但是，在沖

6、擊、振動(dòng)和變載荷的作用下，或在測(cè)試變化較大的環(huán)境下工作時(shí)，螺紋間的摩擦力可能在某一瞬時(shí)消失或減小，這種現(xiàn)象的多次重復(fù)，就會(huì)使螺紋聯(lián)接逐漸松動(dòng)。為防止螺紋聯(lián)接松動(dòng)造成膨脹機(jī)工作不正常或發(fā)生嚴(yán)重事故，風(fēng)機(jī)輪與轉(zhuǎn)子間的固定采納螺母和止動(dòng)墊片結(jié)合的機(jī)械防松裝置，膨脹葉輪的螺母與轉(zhuǎn)子采納長(zhǎng)細(xì)牙螺紋聯(lián)接，以滿足其長(zhǎng)期運(yùn)行的技術(shù)要求。    風(fēng)機(jī)輪壓緊螺母與轉(zhuǎn)子采納粗牙螺紋聯(lián)接，其 自鎖性較差。加溫時(shí)膨脹機(jī)未取下，其螺母受溫差變化的影響，會(huì)熱脹冷縮。雖有止動(dòng)墊片制約，由于加溫多次，其松動(dòng)仍不可避免。當(dāng)風(fēng)機(jī)輪與端蓋的間隙完全消失就會(huì)發(fā)生摩擦，其結(jié)果是膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常，風(fēng)機(jī)端蓋發(fā)

7、燙，漆色改變，風(fēng)機(jī)輪葉片磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子失去動(dòng)平衡。轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦同樣會(huì)產(chǎn)生。膨脹機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重機(jī)械事故，就直接導(dǎo)致整套空分設(shè)備的停運(yùn)。 3 故障的處理方法    膨脹機(jī)拆檢后，確認(rèn)風(fēng)機(jī)輪、工作輪報(bào)廢。兩個(gè)軸承鑲套內(nèi)襯因出現(xiàn)裂痕、松動(dòng)的嚴(yán)重缺陷，且間隙006mm，可靠性降低而不能使用。自購(gòu)回備件進(jìn)行組裝，在無(wú)負(fù)荷試車時(shí)，當(dāng)軸承氣壓力升至02MPa時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)子懸浮試驗(yàn)，測(cè)量轉(zhuǎn)子與外殼體的電阻值無(wú)窮大，懸浮性能優(yōu)良，但無(wú)法進(jìn)行啟動(dòng)。具體狀況是：在做好膨脹機(jī)啟動(dòng)的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，當(dāng)上塔壓力達(dá)04MPa時(shí)，開(kāi)啟通2閥的，瞬間，膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)“啪的一聲撞擊，發(fā)生卡機(jī)事故，緊急停

8、車。拆檢發(fā)現(xiàn)：風(fēng)機(jī)側(cè)軸承限位板4個(gè)固定螺釘全部斷裂，軸承鑲套內(nèi)襯與轉(zhuǎn)子有嚴(yán)重摩擦痕跡。反復(fù)裝配數(shù)次，懸浮轉(zhuǎn)動(dòng)均正常，但撞擊、卡機(jī)現(xiàn)象無(wú)法消除，試車被迫中斷。通過(guò)對(duì)故障認(rèn)真的分析，確認(rèn)是改換風(fēng)機(jī)輪、工作輪后，轉(zhuǎn)子整體動(dòng)平衡重心偏移量過(guò)大所造成。在這種狀況下，不可輕率地判斷為軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙過(guò)小所致，擴(kuò)展其間隙，只會(huì)造成軸承的報(bào)廢。    在沒(méi)有高精度的動(dòng)平衡條件下，軸承和限位板的固定螺絲的破壞程度也愈嚴(yán)重，還有可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向變形，在這種狀況下，上塔04MPa壓力的氣體能量高速作用于工作輪，必定使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向風(fēng)機(jī)一側(cè)位移，這種位移產(chǎn)生的突發(fā)撞擊力，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)側(cè)固定

9、螺絲徑向斷裂。送到廠家進(jìn)行處理，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡經(jīng)廠家校驗(yàn)合格后，裝機(jī)試車一次成功，啟動(dòng)液化非常順利。    膨脹機(jī)每次就位時(shí)，一定要注意本體的軸向水平度和橫向水平度應(yīng)符合長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，嚴(yán)格對(duì)膨脹機(jī)進(jìn)行懸浮試驗(yàn)。懸浮試驗(yàn)合格后，再進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)，啟動(dòng)后應(yīng)逐漸提升轉(zhuǎn)速至正常轉(zhuǎn)速。確認(rèn)達(dá)到要求后才可投入使用，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。4 機(jī)械故障的預(yù)防    分餾塔的操作和調(diào)整均可引起膨脹機(jī)技術(shù)參數(shù) 的改變，兩者之間的關(guān)系十分緊密。為了防止機(jī)械事故的發(fā)生，在啟動(dòng)前除按照技術(shù)說(shuō)明書(shū)的要求外，還應(yīng)注意做好以下準(zhǔn)備工作：  

10、60; (1)在壓力達(dá)1MPa時(shí)，軸承氣壓力應(yīng)調(diào)整在05MPa，以保證熱交換器壓力在14MPa時(shí)，軸承氣壓力達(dá)到06MPa。    (2)防止在啟動(dòng)膨脹機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)速超高，全關(guān)膨脹機(jī)后污氮放空閥，節(jié)-3閥開(kāi)312轉(zhuǎn)。    (3)軸承氣壓力表綠針調(diào)至03MPa，紅針調(diào)至05MPa，保證啟動(dòng)、停車控制電路正常工作。    膨脹機(jī)在出現(xiàn)緊急狀況時(shí)，操作人員必須正確果斷地進(jìn)行處置，否則就會(huì)釀成責(zé)任事故。當(dāng)膨脹機(jī)因超速自動(dòng)停車時(shí)，膨脹機(jī)進(jìn)口閥通2會(huì)馬上關(guān)閉，應(yīng)迅速開(kāi)大污氮旁通節(jié)流閥節(jié)3，再按啟動(dòng)按紐，可重新啟動(dòng)；在活動(dòng)

11、節(jié)流閥刮霜和切換純化器時(shí)切斷加熱器氣源時(shí)，應(yīng)觀察轉(zhuǎn)速指示表，防止超速；當(dāng)因軸承氣壓力過(guò)低自動(dòng)停車時(shí)，應(yīng)稍開(kāi)節(jié)3，關(guān)小液空調(diào)節(jié)閥節(jié)2，當(dāng)壓力達(dá)到要求后再重新啟動(dòng)；當(dāng)緊急停電時(shí)，應(yīng)迅速關(guān)閉節(jié)2、通2、節(jié)3，在完成這些動(dòng)作后，再開(kāi)分餾塔高壓放空閥。不管是正常停車還是緊急狀況下的特別停車，切記不要首先開(kāi)大高壓空氣放空閥，以維持軸承氣壓力，為有步驟的停車爭(zhēng)取寶貴時(shí)間。在操作和檢修的整個(gè)過(guò)程中，應(yīng)將預(yù)防膨脹機(jī)卡機(jī)和工作輪、風(fēng)機(jī)輪摩擦的機(jī)械事故作為設(shè)備管理的主要目標(biāo)進(jìn)行考核。    對(duì)膨脹機(jī)相關(guān)管路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母纳?，可使操作更加?jiǎn)單有用。原風(fēng)機(jī)蝸殼制定用水冷卻，會(huì)產(chǎn)生水垢，形成堵

12、塞，冷卻效果變差，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)水分滲漏至風(fēng)機(jī)內(nèi)部?？扇∠鋮s水冷卻，將放空的軸承氣引入蝸殼內(nèi)進(jìn)行冷卻，效果甚佳。風(fēng)機(jī)制動(dòng)氣全部直接放空，拆掉風(fēng)機(jī)排氣進(jìn)加熱器管路，可有效地減少和防止切換純化器時(shí)的誤操作。    對(duì)膨脹機(jī)工作輪和風(fēng)機(jī)輪防松螺母的檢查應(yīng)半年進(jìn)行一次。在分餾塔進(jìn)行加溫時(shí)是檢查的最正確時(shí)機(jī)。在膨脹機(jī)正常使用的過(guò)程中，防松螺母的檢查對(duì)事故的預(yù)防極其重要，而這種檢查又非常簡(jiǎn)單，機(jī)身不用解體，只需用兩把扳手反方向作用于工作輪螺母和風(fēng)機(jī)輪螺母，將其扳緊即可。    在取下膨脹機(jī)時(shí)，由于蝸殼內(nèi)溫度很低，導(dǎo)流器有可能取不出來(lái)，為了防止加溫

13、時(shí)開(kāi)啟通2，塔內(nèi)溫度上升，其加溫空氣壓力將導(dǎo)流器吹出砸向地面而損壞葉片，可自制盲板與中間體法蘭相連(盲板見(jiàn)圖1)，可保證I、熱交換器膨脹后污氮隔層的加溫柔導(dǎo)流器完好的需要。5 運(yùn)行與檢查    膨脹機(jī)正常運(yùn)行必須同時(shí)具備四個(gè)要素：    (1)有高度清潔、壓力平穩(wěn)、連續(xù)供應(yīng)的軸承氣。    (2)各部位間隙在規(guī)定的技術(shù)要求范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子與其它部件不能出現(xiàn)任何摩擦。    (3)高質(zhì)量的動(dòng)平衡精度。    (4)工作輪、風(fēng)機(jī)輪防松螺母必須緊固。

14、60;   四個(gè)要素是一個(gè)有機(jī)的整體，互為條件，互相影響，缺一不可。其中軸承氣、間隙是可以調(diào)整的，而動(dòng)平衡精度、防松裝置的可靠性在設(shè)備出廠時(shí)已確定，具有不可更改的性質(zhì)。膨脹機(jī)雖有運(yùn)行平穩(wěn)、故障率較低的特點(diǎn)，但在思想上絕對(duì)不能松懈。在運(yùn)行中要依據(jù)表1、表2的技術(shù)參數(shù)常常進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采用有效措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。  表1 膨脹機(jī)正常運(yùn)行時(shí)主要部位的技術(shù)參數(shù)   部位名稱 技術(shù)數(shù)據(jù)(要求) 啟動(dòng)前通-2開(kāi)度 手動(dòng)23轉(zhuǎn)(閥桿移位23mm) 運(yùn)轉(zhuǎn)正常后通-2開(kāi)度 緩緩開(kāi)啟，閥桿移位1020mm 轉(zhuǎn)子與軸承(軸承氣排出口) 無(wú)摩擦聲，無(wú)雜音，無(wú)銅石

15、墨粉末噴出，無(wú)振動(dòng)，中間體外殼溫度35，并低于風(fēng)機(jī)端蓋溫度 風(fēng)機(jī)端蓋外殼 溫度35，無(wú)摩擦聲 風(fēng)機(jī)蝸殼 聲音平穩(wěn)，溫度6075 中間體與分餾塔連接法蘭及絕熱板 無(wú)氣體泄漏，無(wú)結(jié)冰現(xiàn)象，無(wú)螺母松動(dòng)，內(nèi)部無(wú)雜音 轉(zhuǎn)速指示 6260069500rmin，指示穩(wěn)定，調(diào)節(jié)靈活，無(wú)擺動(dòng)現(xiàn)象     在啟動(dòng)階段，由于塔內(nèi)溫度高、壓力高，膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速也高，在切換純化器時(shí)，轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生變化。為了有效地防止因轉(zhuǎn)速超高導(dǎo)致膨脹機(jī)停車的危險(xiǎn)，可改變轉(zhuǎn)速表設(shè)置的停車轉(zhuǎn)速，將制定的70000rmin提升到75000-80000rmin比較合適。 表2 膨脹機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的主要技術(shù)指標(biāo)  

16、; 項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo) 軸承氣壓力 05065MPa 膨脹前壓力 038045MPa 膨脹后壓力 00230037MPa 轉(zhuǎn)速 6200068000rmin 分餾塔啟動(dòng)壓力(高壓) 135147MPa 分餾塔工作壓力(高壓) 11813MPa 膨脹前污氮溫度 (液氧泵正常工作前) -125-130 膨脹后污氮溫度 (液氧泵正常工作前) -165-172 膨脹前污氮溫度 (液氧泵正常工作后) -147-157 膨脹后污氮溫度 (液氧泵正常工作后) -180-187     膨脹機(jī)一般狀況下是不需要修理的，可利用分餾塔加溫的有利時(shí)機(jī)，依據(jù)表3、表4的內(nèi)容和要求對(duì)膨脹機(jī)進(jìn)行

17、必要的常規(guī)檢查。在分餾塔中修時(shí)，可清洗粗過(guò)濾器和精過(guò)濾器；在大修時(shí)，可清表3 膨脹機(jī)主要部位間隙洗檢查膨脹前過(guò)濾器，緊固膨脹機(jī)進(jìn)出口管道的法蘭螺母，也可對(duì)膨脹機(jī)進(jìn)行解體檢查，主要是檢查氣體潤(rùn)滑軸承是否有摩擦，銅石墨鑲套內(nèi)襯是否松動(dòng)、裂痕等。在解體前一定要做好標(biāo)記，解體過(guò)程中要防止損壞機(jī)件，在裝配時(shí)要一絲不茍把好質(zhì)量關(guān)，重點(diǎn)是保證動(dòng)平衡精度，保證能經(jīng)得住長(zhǎng)期運(yùn)行的考驗(yàn)。 表3 膨脹機(jī)主要部位間隙   間隙部位名稱 技術(shù)參數(shù)(mm) 軸承與轉(zhuǎn)子間的徑向間隙 003004 轉(zhuǎn)子軸向間隙 015025 工作輪與蝸殼、壓出室間隙 015025 風(fēng)機(jī)輪與風(fēng)機(jī)端蓋間隙 030050 密封徑向間隙 003005 表4 膨脹機(jī)取下中間體檢查部位技術(shù)要求   部位名稱 技術(shù)要求 風(fēng)機(jī)輪，工作輪 無(wú)松動(dòng)，無(wú)裂痕，無(wú)斑點(diǎn)，無(wú)摩擦痕跡 風(fēng)機(jī)輪，工作輪螺母，止動(dòng)墊