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脱氢压缩机组轴瓦失效分析 压缩机如何做好保养

时间:2020-08-31    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     

 焦艳 王永超 董光能 毛军红 

        摘 要:在对脱氢用离心压缩机组解体大修时发现其滑动轴承瓦面合金大面积脱落.采用材料性能测试、扫描电镜观察、金相检验和氢含量测定等方法对该轴瓦进行失效分析并进行流体动压润滑理论计算.结果表明:该型轴瓦失效的主要原因为氢气渗入材料.同时,氢鼓泡和氢致开裂的存在降低了轴瓦上巴氏合金与基体的结合强度及合金的疲劳强度,进而引起轴瓦的疲劳失效.另外,轴瓦的局部过热和转子不对中加速了轴瓦失效。
        关键词:压缩机;巴氏合金;失效;氢
   
        脱氢装置中的离心压缩机组为脱氢提供动力,其正常工作时转速在5200r/min左右,转子质量为3200kg,工作介质为氢气,具体结构如图1所示。
        在对该设备解体大修时发现,轴瓦上、下的巴氏合金层表面龟裂,合金大面积脱落。轴瓦的半径为75mm,宽度为80mm,表面的锡基巴氏合金层厚度为1mm,供油方式为俩侧开槽,润滑油为46号透平油。笔者对该轴瓦进行了理化检验和分析,并提出了预防此类失效的一些建议。
 
1 理化检验及结果
1.1 宏观形貌
        对损坏轴瓦宏观检验发现(图2),巴氏合金层大面积脱落(下瓦面更严重),存在大量裂纹及黑色凹坑,下瓦面可见珠状粘滞物(见图2-b)。
1.2 力学性能
        在轴瓦巴氏合金层未损坏位置选取待检测试样,采用线切割自轴瓦深度方向截取26mm深、10mm长、3mm宽的试样。根据GB/T7314-2005标准设计单剪切法的夹具固定试样并测试其结合强度,在INSTRON1195万能拉伸试验机上测试四次得到剪切屈服强度的平均值为46.66MPa,比轴瓦材料的强度56.9Mpa降低了18%。
        线切割制备10mm×10mm×10mm的试样,采用401MVD显微硬度计、在50g质量即0.49N载荷下测试8次得到巴氏合金层表面的硬度平均值为17.3HV,比锡基巴氏合金α相的硬度22HV降低了21.4%。
1.3 氢含量
        在轴瓦表面录取一片巴氏合金,经打磨清洗,测试氢含量。在钢背近结合面处沿其深度方向截取5mm深、1mm宽的试样,作为钢背近结合面中氢含量测试试样。经RH-600氢测定仪测试,巴氏合金中氢含量(质量分数,下同)为0.058%,钢背近结合面处的氢含量为0.001%。由于巴氏合金轴瓦的运行工况比较恶劣,一般要求氢含量<0.00014%,可见,巴氏合金中氢含量超标两个数量级,钢背近结合面处氢含量超标一个数量级。
        另外,根据检修记录发现两级转子气封间隙在修前都超标;低气压缸的已损坏轴承壳测得的数据表明其顶隙超标(止推测轴承顶隙为0.285mm,技术要求为0.18-0.225mm),油封间隙也超标(油封间隙为0.99mm,技术要求为0.40-0.55mm)。
        间隙超标导致压缩氢气泄露进入轴承中,氢气在油中的低溶性和高扩散性容易加速轴瓦表面失效。图3和图4证实巴氏合金表面与钢背界面均存在明显的鼓泡。从图5阶梯裂纹和合金剥落。
         
1.4 显微组织
        由金相检验结果可见,巴氏合金表面主裂纹周边衍射出大量裂纹分支,使整个表面裂纹分布呈鳞片状(图6);其纵深方向的裂纹已到达结合面,且有转向趋势(图7)。
1.5 端口形貌
        图8为端口形貌,可见明显的棒状组织,断裂形式为沿晶断裂,且端口表面存在大量微米级显微孔洞。棒状组织经X射线能谱分析(图9)发现其主要为ε相(Cu6Sn5),并有少量β相(SnSb)。铜含量远远超标,达29.98%(合金中含铜不应超过6%),造成ε相偏析,而ε相属脆性相,容易导致表面开裂。
        从图10可见,轴瓦工作表面上呈石纹状,并有轻微起伏现象,这反映了局部高温引起的烧熔和高温蠕变现象。
         
         
1.6 震动数据及相关测试数据
        大修前的历史数据显示四个轴承座处的轴承振动图谱特征相似,其涡流位移传感器的分布位置见图1中a-f。以低压气缸排气端轴承为例,其振动谱图见图11其波形呈M形,可初步判断为对中不良;频谱图及瀑布图中二倍频成分甚至高于工频,轴心轨迹呈外“8"字,进一步证实了存在转子不对中故障。
        在设备大修一年后,现场看到密封处冒气现象,拆检后发现,拆检前高压气缸进气侧的轴向位移幅值为0.03-0.13mm(技术要求在0-0.10mm),而检修浮环密封后该处幅值为0.02-0.065mm比大修前减少了一半,说明设备在维修前存在密封泄露,这直接影响到止推轴瓦的极限承载能力以及合金层的磨损速度,为氢致材料退化提供了条件。
        采用可变年度有限长假设计算不同偏心率下轴承瓦面的最高温度和最小油膜厚度,结果见表1.当偏心率达到0.9时温度超过了150℃,可能存在热应力对轴瓦的冲击及局部高温对材料的破坏。
          
   
 
2 分析与讨论
        设备在高速下运行,根据轴承运行,监测数据(图11)和大修前高压气缸进气侧的轴向位移数据可知,轴承与轴瓦的间隙超标改变了轴承的中立特性,引起轴承运转部稳定而严重偏心,使得浮环密封中的弹簧大量断裂,致使密封失效导致大量的工作介质侵入轴承与轴瓦之间。从表1可知,偏心率达到0.9时,轴瓦表面的温度可达154℃,除了超过了该合金层所能承受的极限温度(120℃)外,同时使得轴承和轴瓦之间的润滑油物化性能发生变化,出现局部油膜过薄甚至破裂,引发干摩擦。从轴瓦面观察到的烧熔和蠕变(见图10)证实存在局部过热。巴氏合金的强度和硬度随温度的升高而下降,由此产生疲劳裂纹及其扩展(图6和图7)。同时,由于密封的失效和油膜的破裂使得大量工作介质的侵入,则在轴瓦巴氏合金及其与钢背界面上出现大量氢鼓泡(图3和图4),造成结合强度降低。在这种恶劣条件下继续运转,使得巴氏合金层大面积脱落(图2)和裂纹扩展(图5),最终导致设备大修时发现轴瓦失效。
 
3 结论
        (1)轴承存在偏心运行和密封泄露,导致氢的深入和扩散,是轴瓦失效的外因。
        (2)巴氏合金层及其与钢背界面上明显的鼓泡及高的氢含量,轴瓦面大量量阶梯状裂纹的存在和断口的沿晶断裂,表明氢致材料退化降低了结合度和巴氏合金的疲劳强度,是轴瓦失效的内因。
        (3)烧熔和蠕变现象说明可能存在局部过热,促进了轴瓦的失效。
 
4 建议
        (1)加强密封件检测以确保其正常工作,改善密封状况防止工作介质的侵蚀。
        (2)随时调整设备静态和动态对中状况,保证轴承的平稳运转。
        (3)加强轴瓦表面温度监测,防止过高的温升引起的热应力冲击对轴瓦的破坏。

 

低温耐寒试验箱核心系统除控制器外,就属制冷系统了,多数用户在使用过程中会发现压缩机结霜了,是什么原因呢?会不会是机器出故障了?今天,我们就这个问题进行专业探讨。

一、压缩机回气口结霜说明压缩机回气气体温度过低,那么什么情况会导致压缩机回气气体温度过低呢?

都知道同等质量的冷媒如果改变容积和压力,温度会有不同的表现,即液态的冷媒如果吸热量较多那么同等质量的冷媒将会表现的压力、温度、容积三者都高,如果吸热较少那么表现的压力、温度、容积都会低。
也就是说压缩机回气温度低的话,一般会同时表现出回气压力低和同等容积的冷媒量高,能造成这种情况的根结在于流经蒸发器的冷媒不能完全吸收自身膨胀到预定压力温度值所需要的热量,导致回气的温度压力容积值都比较低。

导致这种问题的有两个:

(1)节流阀液态冷媒供应量正常但蒸发器不能正常吸热供应冷媒膨胀。

(2)蒸发器吸热工作正常但节流阀冷媒供应量过多,也就是冷媒流量过多,我们通常理解为氟多了,也就是说氟多了也会造成低压。

二、由于氟少了造成压缩机回气结霜

(1)由于冷媒的流量特少,将导致冷媒自流出节流阀后端个可膨胀空间就开始膨胀,我们大多看见膨胀阀后端分液头结霜往往是由于缺氟或膨胀阀流量不够造成的,过少了冷媒膨胀不会利用到全部的蒸发器面积,只会在蒸发器局部形成低温,部分区域由于冷媒量少而急剧膨胀造成局部温度过低,出现蒸发器结霜现象。

(2)局部结霜以后,由于在蒸发器表面形成了隔热层而该区域换热量低,冷媒膨胀便转移到其他区域,逐渐的出现整个蒸发器结霜或结冰现象,整个蒸发器形成隔热层,于是膨胀便蔓延到压缩机回气管导致压缩机回气结霜。

(3)由于冷媒量偏少,蒸发器蒸发压力低导致蒸发温度低,也会逐步导致蒸发器结露形成隔热层而将膨胀点转移到压缩机回气处导致压缩机回气结霜。

以上几点均会在压缩机回气结霜之前表现出蒸发器结霜的。

如果系统有热器旁通阀,那么只要调节热气旁通阀就行,具体方法:

打开热气旁通阀后部端盖,然后用8号内六角扳手,顺时针转动里面的调节螺母,调节过程不要太快,一般转半圈左右就暂停一下,让系统运行一段时间后看结霜情况再决定是否继续调整。等运行稳定,压缩机结霜现象消失后再把端盖旋紧。

对于15立方以下的机型,由于没有热气旁通阀,如果结霜现象严重,可以适当调高冷凝风扇压力开关的起跳压力。具体方法:

先找到压力开关,取掉压力开关的调节螺母固定小片,然后用十字螺丝刀顺时针旋转,整个调节也需要慢慢进行,调个半圈看下情况再决定是否需要调节。

三、缸头结霜(严重时曲轴箱结霜),总是由于大量湿蒸汽或制冷剂吸入压缩机所致。

造成这种情况的主要原因有: 

1.热力膨胀阀开度调得过大,感温包安装错误或固定松脱,以致感受的温度过高而使阀芯不正常地开大。热力膨胀阀开度调得过大,感温包安装错误或固定松脱,以致感受的温度过高而使阀芯不正常地开大,使大量湿蒸汽吸入压缩机导致缸头结霜。

2.供液电磁阀泄漏或停机时膨胀阀关闭不严,造成启动前蒸发器中已积有大量的制冷剂液体。

3.启动压缩机时压缩机符合太大,或吸气截止阀开度过大或开大得过早。 

4.系统中制冷剂过多时,冷凝器中的液位较高,冷凝换热面积减少,使冷凝压力升高,即膨胀阀前的压力增大,流入蒸发器的制冷剂量就增多,液态制冷剂在蒸发器中不能完全蒸发,因此压缩机吸入湿蒸汽,缸头发冷甚至结霜,并可能造成“液击”,同时蒸发压力也会偏高。

解决恒温恒湿试验箱压缩机噪音故障的问题

  恒温恒湿试验箱在正常运作过程中,会产生一定的噪音,主要来源于压缩机。压缩机是恒温恒湿试验箱制冷核心系统,对整个设备起着至关重要的作用,一旦出现故障设备将无法正常进行可靠性试验,为了让广大客户更好使用设备,下面将讲解关于如何分析和解决恒温恒湿试验箱压缩机噪音故障的问题。  首先,恒温恒湿试验箱压缩机噪音异常,产生故障时,需要检查分析以下三个方面:  1、运转时活塞撞击排气阀。检查排气阀螺栓是否松动。  2、阀片损坏,更换新阀片。  3、轴承磨损,修理或更换新的。  如果是制冷系统故障原因导致,可以参考如下方案,解决恒温恒湿试验箱噪音问题:  1、固定螺丝松动发生振动,解决方法:拧紧固定螺丝。  2、冷冻油太多造成液击,解决方法:检查油位并处理多余的冷冻油  3、制冷剂进入气阀造成液击,解决方法:减小制冷剂流量或减少制冷剂充入量。  压缩机是高低温试验箱、冷热冲击试验箱、恒温恒湿试验箱等温湿度设备的心脏。当设备出现制冷故障时,首先需要检查压缩机运行情况,噪音只是其中一小部分问题,还有更多的故障问题需要我们一一分析并排解,了解更多设备的技术资料,请关注我们~~

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