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脫氫壓縮機組軸瓦失效分析 壓縮機如何做好保養(yǎng)

時間:2020-08-31    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     

 焦艷 王永超 董光能 毛軍紅 

        摘 要:在對脫氫用離心壓縮機組解體大修時發(fā)現(xiàn)其滑動軸承瓦面合金大面積脫落.采用材料性能測試、掃描電鏡觀察、金相檢驗和氫含量測定等方法對該軸瓦進行失效分析并進行流體動壓潤滑理論計算.結果表明:該型軸瓦失效的主要原因為氫氣滲入材料.同時,氫鼓泡和氫致開裂的存在降低了軸瓦上巴氏合金與基體的結合強度及合金的疲勞強度,進而引起軸瓦的疲勞失效.另外,軸瓦的局部過熱和轉子不對中加速了軸瓦失效。
        關鍵詞:壓縮機;巴氏合金;失效;氫
   
        脫氫裝置中的離心壓縮機組為脫氫提供動力,其正常工作時轉速在5200r/min左右,轉子質量為3200kg,工作介質為氫氣,具體結構如圖1所示。
        在對該設備解體大修時發(fā)現(xiàn),軸瓦上、下的巴氏合金層表面龜裂,合金大面積脫落。軸瓦的半徑為75mm,寬度為80mm,表面的錫基巴氏合金層厚度為1mm,供油方式為倆側開槽,潤滑油為46號透平油。筆者對該軸瓦進行了理化檢驗和分析,并提出了預防此類失效的一些建議。
 
1 理化檢驗及結果
1.1 宏觀形貌
        對損壞軸瓦宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)(圖2),巴氏合金層大面積脫落(下瓦面更嚴重),存在大量裂紋及黑色凹坑,下瓦面可見珠狀粘滯物(見圖2-b)。
1.2 力學性能
        在軸瓦巴氏合金層未損壞位置選取待檢測試樣,采用線切割自軸瓦深度方向截取26mm深、10mm長、3mm寬的試樣。根據(jù)GB/T7314-2005標準設計單剪切法的夾具固定試樣并測試其結合強度,在INSTRON1195萬能拉伸試驗機上測試四次得到剪切屈服強度的平均值為46.66MPa,比軸瓦材料的強度56.9Mpa降低了18%。
        線切割制備10mm×10mm×10mm的試樣,采用401MVD顯微硬度計、在50g質量即0.49N載荷下測試8次得到巴氏合金層表面的硬度平均值為17.3HV,比錫基巴氏合金α相的硬度22HV降低了21.4%。
1.3 氫含量
        在軸瓦表面錄取一片巴氏合金,經(jīng)打磨清洗,測試氫含量。在鋼背近結合面處沿其深度方向截取5mm深、1mm寬的試樣,作為鋼背近結合面中氫含量測試試樣。經(jīng)RH-600氫測定儀測試,巴氏合金中氫含量(質量分數(shù),下同)為0.058%,鋼背近結合面處的氫含量為0.001%。由于巴氏合金軸瓦的運行工況比較惡劣,一般要求氫含量<0.00014%,可見,巴氏合金中氫含量超標兩個數(shù)量級,鋼背近結合面處氫含量超標一個數(shù)量級。
        另外,根據(jù)檢修記錄發(fā)現(xiàn)兩級轉子氣封間隙在修前都超標;低氣壓缸的已損壞軸承殼測得的數(shù)據(jù)表明其頂隙超標(止推測軸承頂隙為0.285mm,技術要求為0.18-0.225mm),油封間隙也超標(油封間隙為0.99mm,技術要求為0.40-0.55mm)。
        間隙超標導致壓縮氫氣泄露進入軸承中,氫氣在油中的低溶性和高擴散性容易加速軸瓦表面失效。圖3和圖4證實巴氏合金表面與鋼背界面均存在明顯的鼓泡。從圖5階梯裂紋和合金剝落。
         
1.4 顯微組織
        由金相檢驗結果可見,巴氏合金表面主裂紋周邊衍射出大量裂紋分支,使整個表面裂紋分布呈鱗片狀(圖6);其縱深方向的裂紋已到達結合面,且有轉向趨勢(圖7)。
1.5 端口形貌
        圖8為端口形貌,可見明顯的棒狀組織,斷裂形式為沿晶斷裂,且端口表面存在大量微米級顯微孔洞。棒狀組織經(jīng)X射線能譜分析(圖9)發(fā)現(xiàn)其主要為ε相(Cu6Sn5),并有少量β相(SnSb)。銅含量遠遠超標,達29.98%(合金中含銅不應超過6%),造成ε相偏析,而ε相屬脆性相,容易導致表面開裂。
        從圖10可見,軸瓦工作表面上呈石紋狀,并有輕微起伏現(xiàn)象,這反映了局部高溫引起的燒熔和高溫蠕變現(xiàn)象。
         
         
1.6 震動數(shù)據(jù)及相關測試數(shù)據(jù)
        大修前的歷史數(shù)據(jù)顯示四個軸承座處的軸承振動圖譜特征相似,其渦流位移傳感器的分布位置見圖1中a-f。以低壓氣缸排氣端軸承為例,其振動譜圖見圖11其波形呈M形,可初步判斷為對中不良;頻譜圖及瀑布圖中二倍頻成分甚至高于工頻,軸心軌跡呈外“8"字,進一步證實了存在轉子不對中故障。
        在設備大修一年后,現(xiàn)場看到密封處冒氣現(xiàn)象,拆檢后發(fā)現(xiàn),拆檢前高壓氣缸進氣側的軸向位移幅值為0.03-0.13mm(技術要求在0-0.10mm),而檢修浮環(huán)密封后該處幅值為0.02-0.065mm比大修前減少了一半,說明設備在維修前存在密封泄露,這直接影響到止推軸瓦的極限承載能力以及合金層的磨損速度,為氫致材料退化提供了條件。
        采用可變年度有限長假設計算不同偏心率下軸承瓦面的最高溫度和最小油膜厚度,結果見表1.當偏心率達到0.9時溫度超過了150℃,可能存在熱應力對軸瓦的沖擊及局部高溫對材料的破壞。
          
   
 
2 分析與討論
        設備在高速下運行,根據(jù)軸承運行,監(jiān)測數(shù)據(jù)(圖11)和大修前高壓氣缸進氣側的軸向位移數(shù)據(jù)可知,軸承與軸瓦的間隙超標改變了軸承的中立特性,引起軸承運轉部穩(wěn)定而嚴重偏心,使得浮環(huán)密封中的彈簧大量斷裂,致使密封失效導致大量的工作介質侵入軸承與軸瓦之間。從表1可知,偏心率達到0.9時,軸瓦表面的溫度可達154℃,除了超過了該合金層所能承受的極限溫度(120℃)外,同時使得軸承和軸瓦之間的潤滑油物化性能發(fā)生變化,出現(xiàn)局部油膜過薄甚至破裂,引發(fā)干摩擦。從軸瓦面觀察到的燒熔和蠕變(見圖10)證實存在局部過熱。巴氏合金的強度和硬度隨溫度的升高而下降,由此產(chǎn)生疲勞裂紋及其擴展(圖6和圖7)。同時,由于密封的失效和油膜的破裂使得大量工作介質的侵入,則在軸瓦巴氏合金及其與鋼背界面上出現(xiàn)大量氫鼓泡(圖3和圖4),造成結合強度降低。在這種惡劣條件下繼續(xù)運轉,使得巴氏合金層大面積脫落(圖2)和裂紋擴展(圖5),最終導致設備大修時發(fā)現(xiàn)軸瓦失效。
 
3 結論
        (1)軸承存在偏心運行和密封泄露,導致氫的深入和擴散,是軸瓦失效的外因。
        (2)巴氏合金層及其與鋼背界面上明顯的鼓泡及高的氫含量,軸瓦面大量量階梯狀裂紋的存在和斷口的沿晶斷裂,表明氫致材料退化降低了結合度和巴氏合金的疲勞強度,是軸瓦失效的內(nèi)因。
        (3)燒熔和蠕變現(xiàn)象說明可能存在局部過熱,促進了軸瓦的失效。
 
4 建議
        (1)加強密封件檢測以確保其正常工作,改善密封狀況防止工作介質的侵蝕。
        (2)隨時調整設備靜態(tài)和動態(tài)對中狀況,保證軸承的平穩(wěn)運轉。
        (3)加強軸瓦表面溫度監(jiān)測,防止過高的溫升引起的熱應力沖擊對軸瓦的破壞。

 

低溫耐寒試驗箱核心系統(tǒng)除控制器外,就屬制冷系統(tǒng)了,多數(shù)用戶在使用過程中會發(fā)現(xiàn)壓縮機結霜了,是什么原因呢?會不會是機器出故障了?今天,我們就這個問題進行專業(yè)探討。

一、壓縮機回氣口結霜說明壓縮機回氣氣體溫度過低,那么什么情況會導致壓縮機回氣氣體溫度過低呢?

都知道同等質量的冷媒如果改變?nèi)莘e和壓力,溫度會有不同的表現(xiàn),即液態(tài)的冷媒如果吸熱量較多那么同等質量的冷媒將會表現(xiàn)的壓力、溫度、容積三者都高,如果吸熱較少那么表現(xiàn)的壓力、溫度、容積都會低。
也就是說壓縮機回氣溫度低的話,一般會同時表現(xiàn)出回氣壓力低和同等容積的冷媒量高,能造成這種情況的根結在于流經(jīng)蒸發(fā)器的冷媒不能完全吸收自身膨脹到預定壓力溫度值所需要的熱量,導致回氣的溫度壓力容積值都比較低。

導致這種問題的有兩個:

(1)節(jié)流閥液態(tài)冷媒供應量正常但蒸發(fā)器不能正常吸熱供應冷媒膨脹。

(2)蒸發(fā)器吸熱工作正常但節(jié)流閥冷媒供應量過多,也就是冷媒流量過多,我們通常理解為氟多了,也就是說氟多了也會造成低壓。

二、由于氟少了造成壓縮機回氣結霜

(1)由于冷媒的流量特少,將導致冷媒自流出節(jié)流閥后端個可膨脹空間就開始膨脹,我們大多看見膨脹閥后端分液頭結霜往往是由于缺氟或膨脹閥流量不夠造成的,過少了冷媒膨脹不會利用到全部的蒸發(fā)器面積,只會在蒸發(fā)器局部形成低溫,部分區(qū)域由于冷媒量少而急劇膨脹造成局部溫度過低,出現(xiàn)蒸發(fā)器結霜現(xiàn)象。

(2)局部結霜以后,由于在蒸發(fā)器表面形成了隔熱層而該區(qū)域換熱量低,冷媒膨脹便轉移到其他區(qū)域,逐漸的出現(xiàn)整個蒸發(fā)器結霜或結冰現(xiàn)象,整個蒸發(fā)器形成隔熱層,于是膨脹便蔓延到壓縮機回氣管導致壓縮機回氣結霜。

(3)由于冷媒量偏少,蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力低導致蒸發(fā)溫度低,也會逐步導致蒸發(fā)器結露形成隔熱層而將膨脹點轉移到壓縮機回氣處導致壓縮機回氣結霜。

以上幾點均會在壓縮機回氣結霜之前表現(xiàn)出蒸發(fā)器結霜的。

如果系統(tǒng)有熱器旁通閥,那么只要調節(jié)熱氣旁通閥就行,具體方法:

打開熱氣旁通閥后部端蓋,然后用8號內(nèi)六角扳手,順時針轉動里面的調節(jié)螺母,調節(jié)過程不要太快,一般轉半圈左右就暫停一下,讓系統(tǒng)運行一段時間后看結霜情況再決定是否繼續(xù)調整。等運行穩(wěn)定,壓縮機結霜現(xiàn)象消失后再把端蓋旋緊。

對于15立方以下的機型,由于沒有熱氣旁通閥,如果結霜現(xiàn)象嚴重,可以適當調高冷凝風扇壓力開關的起跳壓力。具體方法:

先找到壓力開關,取掉壓力開關的調節(jié)螺母固定小片,然后用十字螺絲刀順時針旋轉,整個調節(jié)也需要慢慢進行,調個半圈看下情況再決定是否需要調節(jié)。

三、缸頭結霜(嚴重時曲軸箱結霜),總是由于大量濕蒸汽或制冷劑吸入壓縮機所致。

造成這種情況的主要原因有: 

1.熱力膨脹閥開度調得過大,感溫包安裝錯誤或固定松脫,以致感受的溫度過高而使閥芯不正常地開大。熱力膨脹閥開度調得過大,感溫包安裝錯誤或固定松脫,以致感受的溫度過高而使閥芯不正常地開大,使大量濕蒸汽吸入壓縮機導致缸頭結霜。

2.供液電磁閥泄漏或停機時膨脹閥關閉不嚴,造成啟動前蒸發(fā)器中已積有大量的制冷劑液體。

3.啟動壓縮機時壓縮機符合太大,或吸氣截止閥開度過大或開大得過早。 

4.系統(tǒng)中制冷劑過多時,冷凝器中的液位較高,冷凝換熱面積減少,使冷凝壓力升高,即膨脹閥前的壓力增大,流入蒸發(fā)器的制冷劑量就增多,液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中不能完全蒸發(fā),因此壓縮機吸入濕蒸汽,缸頭發(fā)冷甚至結霜,并可能造成“液擊”,同時蒸發(fā)壓力也會偏高。

解決恒溫恒濕試驗箱壓縮機噪音故障的問題

  恒溫恒濕試驗箱在正常運作過程中,會產(chǎn)生一定的噪音,主要來源于壓縮機。壓縮機是恒溫恒濕試驗箱制冷核心系統(tǒng),對整個設備起著至關重要的作用,一旦出現(xiàn)故障設備將無法正常進行可靠性試驗,為了讓廣大客戶更好使用設備,下面將講解關于如何分析和解決恒溫恒濕試驗箱壓縮機噪音故障的問題。  首先,恒溫恒濕試驗箱壓縮機噪音異常,產(chǎn)生故障時,需要檢查分析以下三個方面:  1、運轉時活塞撞擊排氣閥。檢查排氣閥螺栓是否松動?! ?、閥片損壞,更換新閥片。  3、軸承磨損,修理或更換新的?! ∪绻侵评湎到y(tǒng)故障原因導致,可以參考如下方案,解決恒溫恒濕試驗箱噪音問題:  1、固定螺絲松動發(fā)生振動,解決方法:擰緊固定螺絲?! ?、冷凍油太多造成液擊,解決方法:檢查油位并處理多余的冷凍油  3、制冷劑進入氣閥造成液擊,解決方法:減小制冷劑流量或減少制冷劑充入量?! 嚎s機是高低溫試驗箱、冷熱沖擊試驗箱、恒溫恒濕試驗箱等溫濕度設備的心臟。當設備出現(xiàn)制冷故障時,首先需要檢查壓縮機運行情況,噪音只是其中一小部分問題,還有更多的故障問題需要我們一一分析并排解,了解更多設備的技術資料,請關注我們~~

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