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摘要：空气压缩机是一种用以压缩气体的设备。空气压缩机与水泵构造类似。大多数空气压缩机是往复活塞式，旋转叶片或旋转螺杆。本文分析了在56000m3/h空分装置中，导致空气压缩机轴位移上升的原因，并提出相应的处理措施。
关键词：空气压缩机；空分装置；故障分析；处理措施
0 引言
空气压缩机是不少企业主要的机械动力设备之一，所以分析与处理空压机的故障是非常重要的。空气压缩机在本文中出现的故障现象有空气压缩机先后4次发生轴位移和主推力瓦温逐渐同步上升的情况。此故障常引起运转不平稳，甚至导致装置停机的事故发生。因此，对空气压缩机轴位移升高故障原因做深入分析，并采取有效的防护措施，保证其长周期、稳定、安全运行是十分必要的。
1 空分装置及空气压缩机组简介
机组自2005年投用后，一直运行正常。期间只进行了轴瓦检查等小修，机组未进行解体大修。2014年3月装置停工大修时，对汽轮机止推端轴瓦以及增压机第五级转子轴瓦进行了清理、检查，开机后空气压缩机组运行状态良好，空分装置保持高负荷状态运行，空气量达到260000m3/h以上。
2 机组故障现象
空气压缩机先后4次发生轴位移和主推力瓦温逐渐同步上升的情况，导致装置被迫停工检修，而检修后问题反复出现，严重影响了正常生产。
具体故障时间和情况见表1（轴位移的零点值每次检修有调整）。
3）主推力瓦磨损，更换瓦块；推力盘主推面磨损不严重，上车床抛光。
4）第三级叶轮冲洗水管损坏，补焊后回装。
5）级间冷却器腐蚀、结垢状况较好。
6）汽轮机静电碳刷损坏1只，更换；静电接地个别线头松动，复紧。
7）检查空气压缩机转子平行度：水平偏差为0.01mm，下偏差为0.085mm；汽轮机转子平行度：水平偏差为0.02mm，下偏差为0.10mm。从MANTURBO公司在其他厂家的机组运行经验看，在0.10mm的平行度偏差下汽轮机还是可以维持运行的，此次不作调整。
3.3 第三次检修
1）对所有静电接地、汽轮机转子静电接地碳刷进行了检查，没有发现明显异常。
2）对空气压缩机转子进行了磁化检查，发现局部磁强度超标。委托MANTURBO公司进行了现场消磁处理，复查合格。
3.4 第四次检修
停车前，对接地线进行检查测电，在断开接地线1min后，测得电势为52V。在机组其他位置及回油管线上加装接地线，重复测量，得到结果为4.3V，并且此后3～4d转子的轴位移及瓦温稳定，直至停车。
此次停车后拆下碳刷，发现碳刷有效长度已被磨掉，碳刷支架亦有轻微磨损。因为转子带电大，放电电流大，因而刷头磨损的快，较正常使用寿命2～3a，此次刷头只用了不到5个月，磨损较严重。
处理措施：机组新增3处电刷，空气压缩机、汽轮机、增压机转子上各一处。
此次处理后，按要求回装恢复开车，机组运行正常，无类似故障发生。
4 故障原因分析
轴向位移是机组运行的关键参数，必须保持在允许范围内，否则会引起动静部分发生摩擦碰撞，发生严重损坏事故，如轴弯曲、隔板和叶轮碎裂、机组叶片折断等。机组轴位移升高的常见原因有仪表误报、负荷大幅波动、工艺介质发生变化、平衡鼓故障、轴瓦磨损、气封损坏、油系统故障等。下面结合空气压缩机轴位移的故障情况进行逐一排查。
4.1 仪表误报
轴位移异常时，轴瓦温度伴随着升高；对空气压缩机主推力瓦的位移、瓦温探头进行拆检、校验，没有发现异常；空气压缩机主推力瓦瓦块存在明显偏磨。以上可以排除空气压缩机故障是仪表假信号。
4.2 工艺原因导致轴向力增加
工艺参数发生变化（负荷增加、介质分子量增大）、压比发生变化，都会导致轴向力增大。结合空气压缩机的工艺参数情况看，故障前、后工艺情况没有明显的变化，可以排除该项原因。
4.3 平衡鼓故障
第一次检修针对平衡鼓气封进行检查，无异常，第二次揭缸检查仍无异常，排除该项原因。
4.4 润滑油质量不合格
润滑油密切关系到机组的运行。若管线堵塞，供油量偏低也会导致润滑不足，轴瓦干磨、轴温升高、轴位移增大；若润滑油中存在杂质会导致主推力瓦油膜不稳、承载能力下降，润滑油中颗粒度超标会导致主推力瓦瓦块磨损加剧，轴向位移也会增大。
结合空气压缩机的运行情况看，开机之初运行良好，可以排除油管堵塞的可能。而2014年9月6日的停机检修期间，发现备用的润滑油泵出口过滤器滤芯损坏，空气压缩机、汽轮机的推力瓦进油口均发现滤芯外包的塑料片，空气压缩机径向瓦内发现不少滤芯底部的定位塑料座损坏后脱落的颗粒以及其他杂质，同时转子轴颈、主推面、瓦面均存在明显的划痕，这说明润滑油的过滤系统曾遭到破坏。同年10月初，对空气压缩机润滑油进行全指标分析，结果表明黏度、水分、中和值、抗氧化性、破乳化度等常规指标合格，但颗粒污染度为10级，超标（MANTURBO要求达到NAS16386级）。
润滑油中存在大量杂质颗粒，会加剧轴瓦的磨损。但第二次检修进行了彻底的换油，故障仍再次出现，说明润滑油不是主要故障原因。
4.5 气封损坏导致轴向力增加
气封损坏会导致轴向力平衡遭到破坏，导致主推瓦超载失效。
空气压缩机揭缸后，发现第三、四级入口气封损坏严重，第三、四级隔板剖分面冲刷腐蚀严重且隔板中分面密封“O”型圈老化失效，这些都会造成转子轴向力的增加。平衡鼓气封间隙基本不超差，但气封片已出现一定磨损会造成平衡鼓处漏气量稍有增加，导致平衡能力略有下降。
以上增加的不平衡轴向力，需全部由主推力瓦来承担，这会造成瓦面油膜被压缩减薄，导致主推力瓦温升高。但这应该未到主推力瓦的最大设计载荷，否则主推力瓦的失效形式将是烧瓦（有同类型的机组气封损坏后运行并未发生轴位移升高的情况）。
4.6 平行度超标
空气压缩机、汽轮机推力盘与推力瓦座的平行度超标，造成主推瓦块偏磨。
当空气压缩机、汽轮机推力盘与推力瓦座的平行度严重超标时，主推力瓦只有部分瓦块受力，承载能力下降，这些瓦块的温度会较高，一旦超载将会烧损。
但当前空气压缩机、汽轮机的平行度偏差最大为0.1mm，且主推力瓦的接触情况良好，另外根据MANTURBO以往经验判断在此情况下运行是可靠的。
4.7 静电腐蚀
机组检修或者运行过程中难免会产生静电，需要通过安装在驱动端与轴接触的电刷及接地线直接导入地下。如果电刷失效或接地线断开，静电会在转子上越聚越多，转子与大地间的电势也会越来越高。电势达到一定程度时，就会击穿轴瓦与轴颈间的油膜，产生火花放电。放电时电子流轰击轴瓦，正离子流轰击轴颈，动能转化为热能，使轴瓦与轴颈上放电处金属微粒迅速熔化甚至汽化。这一过程极为短促，具有爆炸性质，爆炸力把熔化和汽化了的金属微粒抛离放电表面。金属微粒被润滑油迅速冷却、凝固，继而从间隙中冲走。每次火花放电后，在放电表面留下一个很微小的小凹坑，随着放电的不断进行，无数的小凹坑将出现在放电表面上。电击后的瓦块情况，见图4（放大100倍后的瓦面对比）。
止推轴承的推力面是最容易发生电火花放电的部位，放电瓦块表现的特征：巴氏合金被磨成一斜坡；表面手感发毛，像喷砂过，呈银灰色；放大100倍，表面呈密集的凹坑，周边黑（凹陷部分），中间亮（底部反光光泽）；推力盘与瓦块接触面布满了凹坑。
静电腐蚀导致机组轴位移波动的案例并不多见，因此空气压缩机组检修了4次，才找到关键的原因。第四次检修主要围绕消除电腐蚀对机组的影响，对机组进行测磁并消磁、对转子增加电刷、更换碳刷刷头、增加铜线连接机组管线法兰。检修后，机组未发生类似故障，也说明了静电腐蚀是空气压缩机组故障的主要原因。
5 总结与反思
综上所述，通过对空气压缩机4次故障的检修，最后发现是静电腐蚀导致空气压缩机轴位移的升高。在空气压缩机长期的生产运行过程中，由于操作维护不当、金属损耗、超运转周期、超负荷运行等原因，总会发生一些故障。一般情况下，设备运行参数变化都是一个渐变的过程，只要平时加强巡查，精心维护，及时发现并处理隐患，就能够避免产生大的设备事故。
参考文献
[1]孔海心.21000m~3/h制氧空压机轴位移故障分析及解决方法[J].冶金动力. 2016(01).
[2]潘俊花.酒钢21000m~3/h制氧空压机轴位移故障分析及解决方法[J].中国市场. 2016(49).
论文作者:温汝东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/24
标签：空气压缩机论文; 位移论文; 机组论文; 转子论文; 故障论文; 瓦块论文; 轴瓦论文; 《基层建设》2017年第17期论文;