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脫氫壓縮機(jī)組軸瓦失效分析 壓縮機(jī)如何做好保養(yǎng)

時(shí)間:2020-08-31    來(lái)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(duì)脫氫用離心壓縮機(jī)組解體大修時(shí)發(fā)現(xiàn)其滑動(dòng)軸承瓦面合金大面積脫落.采用材料性能測(cè)試、掃描電鏡觀察、金相檢驗(yàn)和氫含量測(cè)定等方法對(duì)該軸瓦進(jìn)行失效分析并進(jìn)行流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論計(jì)算.結(jié)果表明:該型軸瓦失效的主要原因?yàn)闅錃鉂B入材料.同時(shí),氫鼓泡和氫致開(kāi)裂的存在降低了軸瓦上巴氏合金與基體的結(jié)合強(qiáng)度及合金的疲勞強(qiáng)度,進(jìn)而引起軸瓦的疲勞失效.另外,軸瓦的局部過(guò)熱和轉(zhuǎn)子不對(duì)中加速了軸瓦失效。
        關(guān)鍵詞:壓縮機(jī);巴氏合金;失效;氫
   
        脫氫裝置中的離心壓縮機(jī)組為脫氫提供動(dòng)力,其正常工作時(shí)轉(zhuǎn)速在5200r/min左右,轉(zhuǎn)子質(zhì)量為3200kg,工作介質(zhì)為氫氣,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
        在對(duì)該設(shè)備解體大修時(shí)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(cè)開(kāi)槽,潤(rùn)滑油為46號(hào)透平油。筆者對(duì)該軸瓦進(jìn)行了理化檢驗(yàn)和分析,并提出了預(yù)防此類失效的一些建議。
 
1 理化檢驗(yàn)及結(jié)果
1.1 宏觀形貌
        對(duì)損壞軸瓦宏觀檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)(圖2),巴氏合金層大面積脫落(下瓦面更嚴(yán)重),存在大量裂紋及黑色凹坑,下瓦面可見(jiàn)珠狀粘滯物(見(jiàn)圖2-b)。
1.2 力學(xué)性能
        在軸瓦巴氏合金層未損壞位置選取待檢測(cè)試樣,采用線切割自軸瓦深度方向截取26mm深、10mm長(zhǎng)、3mm寬的試樣。根據(jù)GB/T7314-2005標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)單剪切法的夾具固定試樣并測(cè)試其結(jié)合強(qiáng)度,在INSTRON1195萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)試四次得到剪切屈服強(qiáng)度的平均值為46.66MPa,比軸瓦材料的強(qiáng)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(jì)、在50g質(zhì)量即0.49N載荷下測(cè)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(cè)試氫含量。在鋼背近結(jié)合面處沿其深度方向截取5mm深、1mm寬的試樣,作為鋼背近結(jié)合面中氫含量測(cè)試試樣。經(jīng)RH-600氫測(cè)定儀測(cè)試,巴氏合金中氫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)為0.058%,鋼背近結(jié)合面處的氫含量為0.001%。由于巴氏合金軸瓦的運(yùn)行工況比較惡劣,一般要求氫含量<0.00014%,可見(jiàn),巴氏合金中氫含量超標(biāo)兩個(gè)數(shù)量級(jí),鋼背近結(jié)合面處氫含量超標(biāo)一個(gè)數(shù)量級(jí)。
        另外,根據(jù)檢修記錄發(fā)現(xiàn)兩級(jí)轉(zhuǎn)子氣封間隙在修前都超標(biāo);低氣壓缸的已損壞軸承殼測(cè)得的數(shù)據(jù)表明其頂隙超標(biāo)(止推測(cè)軸承頂隙為0.285mm,技術(shù)要求為0.18-0.225mm),油封間隙也超標(biāo)(油封間隙為0.99mm,技術(shù)要求為0.40-0.55mm)。
        間隙超標(biāo)導(dǎo)致壓縮氫氣泄露進(jìn)入軸承中,氫氣在油中的低溶性和高擴(kuò)散性容易加速軸瓦表面失效。圖3和圖4證實(shí)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(yàn)結(jié)果可見(jiàn),巴氏合金表面主裂紋周邊衍射出大量裂紋分支,使整個(gè)表面裂紋分布呈鱗片狀(圖6);其縱深方向的裂紋已到達(dá)結(jié)合面,且有轉(zhuǎn)向趨勢(shì)(圖7)。
1.5 端口形貌
        圖8為端口形貌,可見(jiàn)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(jí)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(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo),達(dá)29.98%(合金中含銅不應(yīng)超過(guò)6%),造成ε相偏析,而ε相屬脆性相,容易導(dǎo)致表面開(kāi)裂。
        從圖10可見(jiàn),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(dòng)數(shù)據(jù)及相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)
        大修前的歷史數(shù)據(jù)顯示四個(gè)軸承座處的軸承振動(dòng)圖譜特征相似,其渦流位移傳感器的分布位置見(jiàn)圖1中a-f。以低壓氣缸排氣端軸承為例,其振動(dòng)譜圖見(jiàn)圖11其波形呈M形,可初步判斷為對(duì)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(jìn)一步證實(shí)了存在轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障。
        在設(shè)備大修一年后,現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)氣側(cè)的軸向位移幅值為0.03-0.13mm(技術(shù)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(shuō)明設(shè)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(zhǎng)假設(shè)計(jì)算不同偏心率下軸承瓦面的最高溫度和最小油膜厚度,結(jié)果見(jiàn)表1.當(dāng)偏心率達(dá)到0.9時(shí)溫度超過(guò)了150℃,可能存在熱應(yīng)力對(duì)軸瓦的沖擊及局部高溫對(duì)材料的破壞。
          
   
 
2 分析與討論
        設(shè)備在高速下運(yùn)行,根據(jù)軸承運(yùn)行,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(圖11)和大修前高壓氣缸進(jìn)氣側(cè)的軸向位移數(shù)據(jù)可知,軸承與軸瓦的間隙超標(biāo)改變了軸承的中立特性,引起軸承運(yùn)轉(zhuǎn)部穩(wěn)定而嚴(yán)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(dǎo)致大量的工作介質(zhì)侵入軸承與軸瓦之間。從表1可知,偏心率達(dá)到0.9時(shí),軸瓦表面的溫度可達(dá)154℃,除了超過(guò)了該合金層所能承受的極限溫度(120℃)外,同時(shí)使得軸承和軸瓦之間的潤(rùn)滑油物化性能發(fā)生變化,出現(xiàn)局部油膜過(guò)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(jiàn)圖10)證實(shí)存在局部過(guò)熱。巴氏合金的強(qiáng)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(kuò)展(圖6和圖7)。同時(shí),由于密封的失效和油膜的破裂使得大量工作介質(zhì)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(jié)合強(qiáng)度降低。在這種惡劣條件下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),使得巴氏合金層大面積脫落(圖2)和裂紋擴(kuò)展(圖5),最終導(dǎo)致設(shè)備大修時(shí)發(fā)現(xiàn)軸瓦失效。
 
3 結(jié)論
        (1)軸承存在偏心運(yùn)行和密封泄露,導(dǎo)致氫的深入和擴(kuò)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(jié)合度和巴氏合金的疲勞強(qiáng)度,是軸瓦失效的內(nèi)因。
        (3)燒熔和蠕變現(xiàn)象說(shuō)明可能存在局部過(guò)熱,促進(jìn)了軸瓦的失效。
 
4 建議
        (1)加強(qiáng)密封件檢測(cè)以確保其正常工作,改善密封狀況防止工作介質(zhì)的侵蝕。
        (2)隨時(shí)調(diào)整設(shè)備靜態(tài)和動(dòng)態(tài)對(duì)中狀況,保證軸承的平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。
        (3)加強(qiáng)軸瓦表面溫度監(jiān)測(cè),防止過(guò)高的溫升引起的熱應(yīng)力沖擊對(duì)軸瓦的破壞。

 

低溫耐寒試驗(yàn)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(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)結(jié)霜了,是什么原因呢?會(huì)不會(huì)是機(jī)器出故障了?今天,我們就這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行專業(yè)探討。

一、壓縮機(jī)回氣口結(jié)霜說(shuō)明壓縮機(jī)回氣氣體溫度過(guò)低,那么什么情況會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)回氣氣體溫度過(guò)低呢?

都知道同等質(zhì)量的冷媒如果改變?nèi)莘e和壓力,溫度會(huì)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(zhì)量的冷媒將會(huì)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(huì)低。
也就是說(shuō)壓縮機(jī)回氣溫度低的話,一般會(huì)同時(shí)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(jié)在于流經(jīng)蒸發(fā)器的冷媒不能完全吸收自身膨脹到預(yù)定壓力溫度值所需要的熱量,導(dǎo)致回氣的溫度壓力容積值都比較低。

導(dǎo)致這種問(wèn)題的有兩個(gè):

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

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

二、由于氟少了造成壓縮機(jī)回氣結(jié)霜

(1)由于冷媒的流量特少,將導(dǎo)致冷媒自流出節(jié)流閥后端個(gè)可膨脹空間就開(kāi)始膨脹,我們大多看見(jiàn)膨脹閥后端分液頭結(jié)霜往往是由于缺氟或膨脹閥流量不夠造成的,過(guò)少了冷媒膨脹不會(huì)利用到全部的蒸發(fā)器面積,只會(huì)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(guò)低,出現(xiàn)蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象。

(2)局部結(jié)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(zhuǎn)移到其他區(qū)域,逐漸的出現(xiàn)整個(gè)蒸發(fā)器結(jié)霜或結(jié)冰現(xiàn)象,整個(gè)蒸發(fā)器形成隔熱層,于是膨脹便蔓延到壓縮機(jī)回氣管導(dǎo)致壓縮機(jī)回氣結(jié)霜。

(3)由于冷媒量偏少,蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力低導(dǎo)致蒸發(fā)溫度低,也會(huì)逐步導(dǎo)致蒸發(fā)器結(jié)露形成隔熱層而將膨脹點(diǎn)轉(zhuǎn)移到壓縮機(jī)回氣處導(dǎo)致壓縮機(jī)回氣結(jié)霜。

以上幾點(diǎn)均會(huì)在壓縮機(jī)回氣結(jié)霜之前表現(xiàn)出蒸發(fā)器結(jié)霜的。

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

打開(kāi)熱氣旁通閥后部端蓋,然后用8號(hào)內(nèi)六角扳手,順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)里面的調(diào)節(jié)螺母,調(diào)節(jié)過(guò)程不要太快,一般轉(zhuǎn)半圈左右就暫停一下,讓系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后看結(jié)霜情況再?zèng)Q定是否繼續(xù)調(diào)整。等運(yùn)行穩(wěn)定,壓縮機(jī)結(jié)霜現(xiàn)象消失后再把端蓋旋緊。

對(duì)于15立方以下的機(jī)型,由于沒(méi)有熱氣旁通閥,如果結(jié)霜現(xiàn)象嚴(yán)重,可以適當(dāng)調(diào)高冷凝風(fēng)扇壓力開(kāi)關(guān)的起跳壓力。具體方法:

先找到壓力開(kāi)關(guān),取掉壓力開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)螺母固定小片,然后用十字螺絲刀順時(shí)針旋轉(zhuǎn),整個(gè)調(diào)節(jié)也需要慢慢進(jìn)行,調(diào)個(gè)半圈看下情況再?zèng)Q定是否需要調(diào)節(jié)。

三、缸頭結(jié)霜(嚴(yán)重時(shí)曲軸箱結(jié)霜),總是由于大量濕蒸汽或制冷劑吸入壓縮機(jī)所致。

造成這種情況的主要原因有: 

1.熱力膨脹閥開(kāi)度調(diào)得過(guò)大,感溫包安裝錯(cuò)誤或固定松脫,以致感受的溫度過(guò)高而使閥芯不正常地開(kāi)大。熱力膨脹閥開(kāi)度調(diào)得過(guò)大,感溫包安裝錯(cuò)誤或固定松脫,以致感受的溫度過(guò)高而使閥芯不正常地開(kāi)大,使大量濕蒸汽吸入壓縮機(jī)導(dǎo)致缸頭結(jié)霜。

2.供液電磁閥泄漏或停機(jī)時(shí)膨脹閥關(guān)閉不嚴(yán),造成啟動(dòng)前蒸發(fā)器中已積有大量的制冷劑液體。

3.啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)壓縮機(jī)符合太大,或吸氣截止閥開(kāi)度過(guò)大或開(kāi)大得過(guò)早。 

4.系統(tǒng)中制冷劑過(guò)多時(shí),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(jī)吸入濕蒸汽,缸頭發(fā)冷甚至結(jié)霜,并可能造成“液擊”,同時(shí)蒸發(fā)壓力也會(huì)偏高。

解決恒溫恒濕試驗(yàn)箱壓縮機(jī)噪音故障的問(wèn)題

  恒溫恒濕試驗(yàn)箱在正常運(yùn)作過(guò)程中,會(huì)產(chǎn)生一定的噪音,主要來(lái)源于壓縮機(jī)。壓縮機(jī)是恒溫恒濕試驗(yàn)箱制冷核心系統(tǒng),對(duì)整個(gè)設(shè)備起著至關(guān)重要的作用,一旦出現(xiàn)故障設(shè)備將無(wú)法正常進(jìn)行可靠性試驗(yàn),為了讓廣大客戶更好使用設(shè)備,下面將講解關(guān)于如何分析和解決恒溫恒濕試驗(yàn)箱壓縮機(jī)噪音故障的問(wèn)題?! ∈紫龋銣睾銤裨囼?yàn)箱壓縮機(jī)噪音異常,產(chǎn)生故障時(shí),需要檢查分析以下三個(gè)方面:  1、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)活塞撞擊排氣閥。檢查排氣閥螺栓是否松動(dòng)?! ?、閥片損壞,更換新閥片?! ?、軸承磨損,修理或更換新的?! ∪绻侵评湎到y(tǒng)故障原因?qū)е拢梢詤⒖既缦路桨?,解決恒溫恒濕試驗(yàn)箱噪音問(wèn)題:  1、固定螺絲松動(dòng)發(fā)生振動(dòng),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(jìn)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。  壓縮機(jī)是高低溫試驗(yàn)箱、冷熱沖擊試驗(yàn)箱、恒溫恒濕試驗(yàn)箱等溫濕度設(shè)備的心臟。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)制冷故障時(shí),首先需要檢查壓縮機(jī)運(yùn)行情況,噪音只是其中一小部分問(wèn)題,還有更多的故障問(wèn)題需要我們一一分析并排解,了解更多設(shè)備的技術(shù)資料,請(qǐng)關(guān)注我們~~

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