小型透平膨脹機機械故障原因分析及處理PLN-6/4-0.25型透平膨脹機（廠家代號0303A）系哈爾濱制氧機廠KZO-50型空分設(shè)備（廠家代號1K015A的配套主機之一。具備所有靜壓氣體潤滑透平膨脹機（以下簡稱膨脹機）共有的特性，尤其啟動性能極佳。該套空分設(shè)備于1992年5月開始安裝，12月正式投產(chǎn)，至2000年5月底，分餾塔加溫30余次，膨脹機卻從未取下拆檢。6月3日膨脹機聲音異常緊急停車，折檢發(fā)現(xiàn)風(fēng)機葉輪防松螺母松動，因未及時發(fā)覺，導(dǎo)致風(fēng)機葉輪葉片磨損過大而報廢，釀成整個空分設(shè)備停產(chǎn)近一個月的重大損失。1故障現(xiàn)象與經(jīng)過1998年7月14日11時，膨脹機轉(zhuǎn)速表突然失靈，轉(zhuǎn)速指示從67000r/min降至30000r/min左右，指針有時在0~30000r/min之間來回擺動，但膨脹機未發(fā)現(xiàn)異常聲音。由于氧氣供應(yīng)相當(dāng)緊張，運行人員未緊急停機，技術(shù)人員也認(rèn)為是轉(zhuǎn)速表本身故障，未要求拆檢膨脹機。由于膨脹機運行聲音、膨脹前后溫度、膨脹前后壓力均正常，在轉(zhuǎn)速表指示失靈的情況下，膨脹機一直在運行。2000年6月1日7時，運行人員聽見膨脹機運轉(zhuǎn)聲音不正常，立即停車，外觀檢查發(fā)現(xiàn)風(fēng)機端蓋過熱。8時30分，技術(shù)人員拆開風(fēng)機端蓋進(jìn)氣法蘭，通人0.6Mpa勺軸承氣，通過風(fēng)機端蓋對轉(zhuǎn)子起浮情況檢查良好，測量轉(zhuǎn)子與中間體外殼的電阻值無窮大，風(fēng)機葉輪轉(zhuǎn)動也正常，就認(rèn)為膨脹機不存在問題。設(shè)備重新啟動后，膨脹機運行無異常。6月3日9時，運行人員發(fā)現(xiàn)膨脹機運行聲音異常，風(fēng)機端蓋發(fā)燙，隨后緊急停車。拆檢膨脹機發(fā)現(xiàn)：風(fēng)機輪葉片全部磨損（減少2~2．5mm，）風(fēng)機端蓋有明顯勺摩擦痕跡，風(fēng)機輪壓緊螺母可活動而喪失緊作用，磁電傳感器線圈顏色發(fā)黑，擦痕跡，風(fēng)機輪壓緊螺母可活動而喪失緊作用，磁電傳感器線圈顏色發(fā)黑，軸承及轉(zhuǎn)子也有輕微勺摩擦痕跡，膨脹葉輪一葉片根部有6mm勺徑向裂紋缺陷。2故障原因分析及判定方法轉(zhuǎn)速表指示失準(zhǔn)，一般有兩種原因：一是因膨脹機本身故障造成轉(zhuǎn)速表指示異常，這種情況往往伴隨著膨脹機有嚴(yán)重勺異常聲音；二是磁電傳感器故障所致。磁電傳感器安裝在制動風(fēng)機勺端蓋中間，由兩塊繞有線圈勺永久磁鐵組成，利用磁電感應(yīng)原理，如果線圈對地短路或內(nèi)部受潮絕緣被破壞，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時切割磁力線產(chǎn)生勺感應(yīng)電流出現(xiàn)變化，造成測量轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)?？捎谜讱W表測量線圈接線對地電阻及絕緣程度，以作出準(zhǔn)確勺診斷。膨脹機轉(zhuǎn)速表在0~40C環(huán)境溫度下能正常工作，溫度過低或過高均對轉(zhuǎn)速表測量不利。在分餾塔加溫時沒有取下膨脹機，即使在風(fēng)機排氣放空閥關(guān)閉的情況下，由于冷吹階段空氣的溫度遠(yuǎn)低于0C,加溫后期的空氣溫度又高于40C，這兩種溫差較大的氣體長時間充滿風(fēng)機系統(tǒng)，磁電傳感器線圈受影響最大，多次進(jìn)行加溫，就會產(chǎn)生線圈受潮不絕緣、對地短路的故障，在這種情況下轉(zhuǎn)速表指示會遲鈍且低于實際轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速表本身發(fā)生故障的情況十分少見。在轉(zhuǎn)速表指示失準(zhǔn)的情況下，可先判斷是否因機械故障所致，應(yīng)拆下膨脹機進(jìn)行檢查。如機械系統(tǒng)無異常，可憑經(jīng)驗進(jìn)行操作，轉(zhuǎn)速顯示偏低，不必?fù)?dān)心膨脹機因轉(zhuǎn)速超高而自動停車，造成分餾塔上塔壓力上升進(jìn)而威脅分餾塔的安全。可在保證膨脹機前后壓力溫度處于正常范圍內(nèi)維持運轉(zhuǎn)。風(fēng)機輪葉片與風(fēng)機端蓋的嚴(yán)重摩擦，是導(dǎo)致風(fēng)機輪損壞的直接原因。這種故障只有在風(fēng)機輪螺母明顯松動的情況下才會發(fā)生。螺母一般都具有自鎖性，在靜載荷和工作溫度變化不大時不會自動松脫。但是，在沖擊、振動和變載荷的作用下，或在測試變化較大的環(huán)境下工作時，螺紋間的摩擦力可能在某一瞬時消失或減小，這種現(xiàn)象的多次重復(fù)，就會使螺紋聯(lián)接逐漸松動。為防止螺紋聯(lián)接松動造成膨脹機工作不正?；虬l(fā)生嚴(yán)重事故，風(fēng)機輪與轉(zhuǎn)子間的固定采用螺母和止動墊片結(jié)合的機械防松裝置，膨脹葉輪的螺母與轉(zhuǎn)子采用長細(xì)牙螺紋聯(lián)接，以滿足其長期運行的技術(shù)要求。風(fēng)機輪壓緊螺母與轉(zhuǎn)子采用粗牙螺紋聯(lián)接，其自鎖性較差。加溫時膨脹機未取下，其螺母受溫差變化的影響，會熱脹冷縮。雖有止動墊片制約，由于加溫多次，其松動仍不可避免。當(dāng)風(fēng)機輪與端蓋的間隙完全消失就會發(fā)生摩擦，其結(jié)果是膨脹機運轉(zhuǎn)聲音異常，風(fēng)機端蓋發(fā)燙，漆色改變，風(fēng)機輪葉片磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子失去動平衡。轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦同樣會產(chǎn)生。膨脹機出現(xiàn)嚴(yán)重機械事故，就直接導(dǎo)致整套空分設(shè)備的停運。3故障的處理方膨脹機拆檢后，確認(rèn)風(fēng)機輪、工作輪報廢。兩個軸承鑲套內(nèi)襯因出現(xiàn)裂紋、松動的嚴(yán)重缺陷，且間隙0.06mm可靠性降低而不能使用。自購回備件進(jìn)行組裝，在無負(fù)荷試車時，當(dāng)軸承氣壓力升至0.2MPa寸進(jìn)行轉(zhuǎn)子懸浮試驗，測量轉(zhuǎn)子與外殼體的電阻值無窮大，懸浮性能良好，但無法進(jìn)行啟動。詳細(xì)情況是：在做好膨脹機啟動的各項準(zhǔn)備工作后，當(dāng)上塔壓力達(dá)0.4MPa寸，開啟通一2閥的，瞬間，膨脹機內(nèi)出現(xiàn)“啪”的一聲撞擊，發(fā)生卡機事故，緊急停車。拆檢發(fā)現(xiàn)：風(fēng)機側(cè)軸承限位板4個位板4個通過對故障認(rèn)真的分析，確認(rèn)是更換風(fēng)機輪、工作輪后，轉(zhuǎn)子整體動平衡重心偏移量過大所造成。在這種情況下，不可草率地判斷為軸承與轉(zhuǎn)子之間的間隙過小所致，擴大其間隙，只會造成軸承的報廢。在沒有高精度的動平衡條件下，軸承和限位板的固定螺絲的破壞程度也愈嚴(yán)重，還有可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生軸向變形，在這種情況下，上塔0.4MP0壓力的氣體能量高速作用于工作輪，必然使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向風(fēng)機一側(cè)位移，這種位移產(chǎn)生的突發(fā)撞擊力，導(dǎo)致風(fēng)機側(cè)固定螺絲徑向斷裂。送到廠家進(jìn)行處理，膨脹機轉(zhuǎn)子動平衡經(jīng)廠家校驗合格后，裝機試車一次成功，啟動液化非常順利。膨脹機每次就位時，一定要注意本體的軸向水平度和橫向水平度應(yīng)符合長期運轉(zhuǎn)的要求，嚴(yán)格對膨脹機進(jìn)行懸浮試驗。懸浮試驗合格后，再進(jìn)行負(fù)荷試驗，啟動后應(yīng)逐漸提高轉(zhuǎn)速至正常轉(zhuǎn)速。確認(rèn)達(dá)到要求后才可投入使用，以保證運轉(zhuǎn)的可靠性。4機械故障的預(yù)防分餾塔的操作和調(diào)整均可引起膨脹機技術(shù)參數(shù)的改變，兩者之間的關(guān)系十分緊密。為了防止機械事故的發(fā)生，在啟動前除按照技術(shù)說明書的要求外，還應(yīng)注意做好以下準(zhǔn)備工作：(1)在壓力達(dá)iMpa寸，軸承氣壓力應(yīng)調(diào)整在o.5MPa以保證熱交換器壓力在1.4MPa時，軸承氣壓力達(dá)到0.6MPa(2)防止在啟動膨脹機時轉(zhuǎn)速超高，全關(guān)膨脹機后污氮放空閥，節(jié)-3閥開3／12轉(zhuǎn)。(3)軸承氣壓力表綠針調(diào)至0.3MPa紅針調(diào)至0.5MPa確保啟動、停車控制電路正常工作。否則膨脹機在出現(xiàn)緊急情況時，操作人員必須正確果斷地進(jìn)行處置，否則就會釀成責(zé)任事故。當(dāng)膨脹機因超速自動停車時，膨脹機進(jìn)口閥通—2會立即關(guān)閉，應(yīng)迅速開大污氮旁通節(jié)流閥節(jié)—3，再按啟動按紐，可重新啟動；在活動節(jié)流閥刮霜和切換純化器時切斷加熱器氣源時，應(yīng)觀察轉(zhuǎn)速指示表，防止超速；當(dāng)因軸承氣壓力過低自動停車時，應(yīng)稍開節(jié)—3，關(guān)小液空調(diào)節(jié)閥節(jié)—2，當(dāng)壓力達(dá)到要求后再重新啟動；當(dāng)緊急停電時，應(yīng)迅速關(guān)閉節(jié)—2、通—2、節(jié)—3，在完成這些動作后，再開分餾塔高壓放空閥。不論是正常停車還是緊急情況下的特殊停車，切記不要首先開大高壓空氣放空閥，以維持軸承氣壓力，為有步驟的停車爭取寶貴時間。在操作和檢修的整個過程中，應(yīng)將預(yù)防膨脹機卡機和工作輪、風(fēng)機輪摩擦的機械事故作為設(shè)備管理的主要目標(biāo)進(jìn)行考核。對膨脹機相關(guān)管路進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，可使操作更加簡單實用。原風(fēng)機蝸殼設(shè)計用水冷卻，會產(chǎn)生水垢，形成堵塞，冷卻效果變差，有時還會出現(xiàn)水分滲漏至風(fēng)機內(nèi)部?？扇∠鋮s水冷卻，將放空的軸承氣引入蝸殼內(nèi)進(jìn)行冷卻，效果甚佳。風(fēng)機制動氣全部直接放空，拆除風(fēng)機排氣進(jìn)加熱器管路，可有效地減少和防止切換純化器時的誤操作。對膨脹機工作輪和風(fēng)機輪防松螺母的檢查應(yīng)半年進(jìn)行一次。在分餾塔進(jìn)行加溫時是檢查的最佳時機。在膨脹機正常使用的過程中，防松螺母的檢查對事故的預(yù)防極其重要，而這種檢查又非常簡單，機身不用解體，只需用兩把扳手反方向作用于工作輪螺母和風(fēng)機輪螺母，將其扳緊即可。在取下膨脹機時，由于蝸殼內(nèi)溫度很低，導(dǎo)流器有可能取不出來，為了防止加溫時開啟通—2，塔內(nèi)溫度上升，其加溫空氣壓力將導(dǎo)流器吹出砸向地面而損壞葉片，可自制盲板與中間體法蘭相連(盲板見圖1),可保證I'"熱交換器膨脹后污氮隔層的加溫和導(dǎo)流器完好的需要。5運行與檢查膨脹機正常運行必須同時具備四個要素：有高度清潔'壓力平穩(wěn)'連續(xù)供應(yīng)的軸承氣。各部位間隙在規(guī)定的技術(shù)要求范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子與其它部件不能出現(xiàn)任何摩擦。（3）高質(zhì)量的動平衡精度。(4)工作輪、風(fēng)機輪防松螺母必須緊四個要素是一個有機的整體，(4)工作輪、風(fēng)機輪防松螺母必須緊四個要素是一個有機的整體，互為條件，互相影響，缺一不可。其中軸承氣、間隙是可以調(diào)整的，而動平衡精度、防松裝置的可靠性在設(shè)備出廠時已確定，具有不可更改的性質(zhì)。膨脹機雖有運行平穩(wěn)、故障率較低的特點，但在思想上絕對不能松懈。在運行中要根據(jù)表1、表2的技術(shù)參數(shù)經(jīng)常進(jìn)行巡檢，發(fā)現(xiàn)異常及時采取有效措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)。表1膨脹機正常運行時主要部位的技術(shù)參數(shù)部位名稱技術(shù)數(shù)據(jù)（要求）啟動前通-2開度手動2~3轉(zhuǎn)（閥桿移位2~3mm）運轉(zhuǎn)正常后通-2開度緩緩開啟，閥桿移位10~20mm轉(zhuǎn)子與軸承（軸承氣排出口）無摩擦聲，無雜音，無銅石墨粉末噴出，無振動，中間體外殼溫度W35C,并低于風(fēng)機端蓋溫度風(fēng)機端蓋外殼溫度w35C，無摩擦聲風(fēng)機蝸殼聲音平穩(wěn)，溫度60C~75C中間體與分餾塔連接法蘭及絕熱板無氣體泄漏，無結(jié)冰現(xiàn)象，無螺母松動，內(nèi)部無雜音轉(zhuǎn)速指示62600?69500r/min,指示穩(wěn)定，調(diào)節(jié)靈活，無擺動現(xiàn)象在啟動階段，由于塔內(nèi)溫度高、壓力高，膨脹機轉(zhuǎn)速也高，在切換純化器時,轉(zhuǎn)速也會發(fā)生變化。為了有效地防止因轉(zhuǎn)速超高導(dǎo)致膨脹機停車的min提高到危險,可改變轉(zhuǎn)速表設(shè)置的停車轉(zhuǎn)速,將設(shè)計的70000rmin提高到75000-80000r/min比較合適。表2膨脹機正常運行時的主要技術(shù)指標(biāo)項目技術(shù)指標(biāo)軸承氣壓力0．5~0．65MPa膨脹前壓力0．38~0．45MPa膨脹后壓力0．023~0．037MPa轉(zhuǎn)速62000~68000r／min分餾塔啟動壓力（高壓）1．35~1．47MPa分餾塔工作壓力（高壓）1．18~1．3MPa膨脹前污氮溫度（液氧泵正常工作前）-125C—-130C膨脹后污氮溫度（液氧泵正常工作前-165C—-172C膨脹前污氮溫度（液氧泵正常工作后-147C—-157C膨脹后污氮溫度（液氧泵正常工作后）-180C—-187C膨脹機一般情況下是不需要維修的，可利用分餾塔加溫的有利時機，根據(jù)表3、表4的內(nèi)容和要求對膨脹機進(jìn)行必要的常規(guī)檢查。在分餾塔中修時，可清洗粗過濾器和精過濾器；在大修時，可清表3膨脹機主要部位間隙洗檢查膨脹前過濾器，膨脹機進(jìn)出口管道的法蘭螺母，也可對膨脹間隙洗檢查膨脹前過濾器，膨脹機進(jìn)出口管道的法蘭螺母，也可對膨脹機進(jìn)行解體檢查，主要是檢查氣體潤滑軸承是否有摩擦，銅石墨鑲套內(nèi)襯是否松動、裂紋等。在解體前一定要做好標(biāo)記，解體過程中要防止損壞機件，在裝配時要一絲不茍把好質(zhì)量關(guān)，重點是保證動平衡精度，確保能經(jīng)得住長期運行的考驗。表3膨脹機主要部位間隙間隙部位名稱技術(shù)參數(shù)（mm）軸承與轉(zhuǎn)子間的徑向間隙0．03~0．04轉(zhuǎn)子軸向間隙

0．15~0．25工作輪與蝸殼、壓出室間隙0．15~0．25風(fēng)機輪與風(fēng)機端蓋間隙0．30~0．50密封徑向間隙0．03~0．05表4膨脹機取下中間體檢查部位技術(shù)要求部位名稱技術(shù)要求風(fēng)機輪，工作輪無松動，無裂紋，無斑點，無摩擦痕跡風(fēng)機輪，工作輪螺母，止動墊