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軸流壓縮機(jī)軸承座漏油故障分析及處理

2012-07-30

作者：何智1　高超1　高永衛(wèi)1　王三俊2　王廣軍3
（1.西北工業(yè)大學(xué)；2.西安交通大學(xué)能動(dòng)學(xué)院；3.陜西鼓風(fēng)機(jī)(集團(tuán))有限公司）
　　某工業(yè)大學(xué)NF-6風(fēng)洞是一座增壓連續(xù)式超聲速回流風(fēng)洞。風(fēng)洞為水平布置，馬赫數(shù)為0.25~1.2，試驗(yàn)雷諾數(shù)為15×10的6次方~23×10的6次方，Z大工作壓力為0.55MPa。風(fēng)洞選用的AV90-2軸流壓縮機(jī)是由陜西鼓風(fēng)機(jī)有限公司為NF-6風(fēng)洞專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，是我國(guó)臺(tái)國(guó)產(chǎn)化風(fēng)洞專(zhuān)用軸流壓縮機(jī)。壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力為0.1~0.55MPa，進(jìn)氣溫度-20~55℃。
　　AV90-2軸流壓縮機(jī)主要由進(jìn)氣段、葉片承缸、排氣段、調(diào)節(jié)系統(tǒng)及轉(zhuǎn)子等組成。由于采用軸向進(jìn)、排氣結(jié)構(gòu)形式，使得壓縮機(jī)軸承座只能處于流道內(nèi)部。壓縮機(jī)軸承采用滾動(dòng)軸承，因軸徑大、轉(zhuǎn)速高，所以機(jī)組軸承采用噴油潤(rùn)滑。潤(rùn)滑油從殼體側(cè)面的筋板進(jìn)入軸承座，再?gòu)南旅娴幕赜涂着懦觥Ｔ谡{(diào)試階段，壓縮機(jī)曾多次出現(xiàn)軸承座多處漏油故障。
　?。?）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子兩軸承座漏油問(wèn)題
　　AV90-2軸流壓縮機(jī)在進(jìn)氣和排氣端分別設(shè)計(jì)有軸端密封，形式為迷宮式密封。密封片鑲在軸上，其數(shù)量由計(jì)算確定，密封間隙的大小可通過(guò)調(diào)整密封套圓周上的調(diào)整塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在轉(zhuǎn)子進(jìn)氣端的軸承座兩側(cè)各設(shè)計(jì)一件油封。排氣端軸承座一側(cè)也設(shè)計(jì)有一件油封。在調(diào)試期間，壓縮機(jī)進(jìn)油壓力設(shè)計(jì)為0.15MPa（軸承潤(rùn)滑要求的油壓）；壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1500r/min（壓縮機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2200r/min）。當(dāng)風(fēng)洞進(jìn)行常壓試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)兩端洞體內(nèi)有大量油液，AV90-2軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子上也有大量油液。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)軸承潤(rùn)滑油主要是通過(guò)轉(zhuǎn)子兩端的迷宮式密封泄漏的。當(dāng)往風(fēng)洞內(nèi)輸入的空氣壓力為0.20MPa時(shí)，聯(lián)軸器處潤(rùn)滑油外漏嚴(yán)重，并且隨著輸入空氣壓力的增大，泄漏量也隨之增大。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)回流的潤(rùn)滑油中混有大量空氣，且回油流量也很小。
　　AV90-2軸流壓縮機(jī)為NF-6風(fēng)洞的關(guān)鍵設(shè)備，如果壓縮機(jī)軸承漏油，一方面油滴會(huì)隨高速的氣流一起高速運(yùn)動(dòng)，有可能損壞試驗(yàn)物和損壞（污染）風(fēng)洞設(shè)施；另一方面油液還會(huì)改變空氣介質(zhì)的成分，從而影響試驗(yàn)結(jié)果。如果迷宮式密封泄漏量大，氣體由于軸承座泄漏就會(huì)使軸流壓縮機(jī)的流量降低；同時(shí)隨著軸承座內(nèi)氣體壓力的增高，還會(huì)使進(jìn)、回油困難，進(jìn)而影響軸承潤(rùn)滑，加速軸承磨損。
　?。?）原因分析
　　經(jīng)過(guò)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)漏油主要由以下原因引起：
　　1）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸承座上的回油孔和缸體上的回油孔不同心，同時(shí)回油孔徑太小，可能導(dǎo)致回油不暢通，致使軸承座內(nèi)大量積油。這主要是零是零件設(shè)計(jì)及加工工藝方面的問(wèn)題。
　　2）AV90-2軸流壓縮機(jī)進(jìn)、排氣端、軸端密封效果不理想。迷宮式密封是利用節(jié)流降壓來(lái)減少流體的泄漏量，其優(yōu)點(diǎn)：非接觸式、使用壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：泄漏量大。單就迷宮式密封本身來(lái)說(shuō)，它無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全密封和零泄漏。
　　3）常壓調(diào)試階段，空氣高速流動(dòng)，軸承座外形成負(fù)壓，因此軸承座內(nèi)的積油從迷宮式密封泄漏到轉(zhuǎn)子及洞體內(nèi)。
　　4）加壓調(diào)試階段，由于使用迷宮式密封會(huì)產(chǎn)生不可避免的氣體泄漏，進(jìn)而使軸承座內(nèi)聞憋壓，則會(huì)造成進(jìn)、回油困難。聯(lián)軸器處潤(rùn)滑油外漏，主要是由于軸承箱回油不暢和軸承座憋壓引起的。
　　（3）解決方案
　　1）將壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子兩端軸承座與相應(yīng)缸體配鉆，并將回油孔同Φ20擴(kuò)為Φ30，將回油管路相應(yīng)地加大，清理干凈加工后的鐵屑及焊渣，使回油暢通。
　　2）對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)、排氣端的軸端密封形式進(jìn)行改換，以提高密封效果。
　　減少氣體泄漏量，從而減少因泄漏氣體對(duì)進(jìn)、回油的影響。有以下四種形式的密封可供選擇：碳環(huán)密封、浮環(huán)密封、雙端面機(jī)械制系統(tǒng)復(fù)雜、造價(jià)高及使用壽命短等問(wèn)題。若將原密封改為雙端面機(jī)械密封或干氣密封，雖然密封效果好，但存在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)改動(dòng)過(guò)大，零件加工數(shù)量多，購(gòu)買(mǎi)密封體費(fèi)用高的問(wèn)題。為了克服迷宮式密封泄漏量大的缺點(diǎn)，可以使用小間隙的碳環(huán)密封。碳環(huán)密封的優(yōu)點(diǎn)：密封為干運(yùn)轉(zhuǎn)，不需要潤(rùn)滑劑來(lái)潤(rùn)滑，同時(shí)因沒(méi)有旋轉(zhuǎn)組件安裝在軸上，因此也不會(huì)產(chǎn)生附加的軸振動(dòng)，由于徑向間隙很小，其泄漏量與普通的迷宮式密封相比要少很多，不到迷宮式密封泄漏量的1/10。如果再使密封齒與密封環(huán)實(shí)現(xiàn)零間隙，甚至還可達(dá)零泄漏。同時(shí)對(duì)改造AV90-2壓縮機(jī)軸承潤(rùn)滑密封系統(tǒng)而言，壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)也無(wú)需大的改動(dòng)，只需在原有密封套上增加密封環(huán)即可?？紤]到這幾種密封方式的優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)施的可行性，Z終確定了在壓縮機(jī)、轉(zhuǎn)子進(jìn)、排氣端的密封套上各加3道碳環(huán)密封圈的方案。碳環(huán)加工前，需精測(cè)轉(zhuǎn)子相應(yīng)的密封齒、精加工碳環(huán)密封。使密封齒與密封環(huán)盡量實(shí)現(xiàn)零間隙。
　　（4）改善效果
　　在對(duì)AV90-2軸流壓縮機(jī)軸承潤(rùn)滑密封系統(tǒng)改造后，進(jìn)行了NF-6風(fēng)洞調(diào)試。同樣設(shè)定壓縮機(jī)進(jìn)油壓力為0.15MPa，壓縮轉(zhuǎn)速為1500r/min。首先在常壓狀況下使壓縮機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)，然后向風(fēng)洞內(nèi)輸入壓力為0.05~0.20MPa的空氣（輸入空氣的壓力由小到大依次遞增，壓力每升高0.05MPa，均對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行檢查，每一階段運(yùn)轉(zhuǎn)5min）。結(jié)果表明：AV90-2軸流壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，潤(rùn)滑油回油通暢，軸承回油溫度均低于正常工作溫度的允許值，軸流壓縮機(jī)主軸的振動(dòng)值也滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求，冷油器出口油溫低于40℃。AV90-2軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)及其周?chē)L(fēng)洞內(nèi)壁均無(wú)油跡，聯(lián)軸器處無(wú)潤(rùn)滑油泄漏。
來(lái)源：《風(fēng)機(jī)技術(shù)》　2005年04期