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壓縮機曲軸油封漏油的診斷與排除

2014-10-15

呂文超1 呂永陽1 蘇萬青2 郁海濤3 李鮮芳4
(1.吐哈石油勘探開發(fā)指揮部乙烷回收工程項目部;2.吐哈石油勘探開發(fā)指揮部油氣合作開發(fā)公司;3.吐哈石油機械廠;4.吐哈石油天然氣化工廠)
  摘 要:針對大型往復(fù)式壓縮機經(jīng)過長期運轉(zhuǎn)后,曲軸主軸頸被曲軸油封磨出溝槽導(dǎo)致油封漏油問題,提出了2種解決方案。其中方案2通過機加工增加曲軸箱端蓋油封孔深度的辦法比方案1修復(fù)曲軸油封更簡單快捷。方案2已應(yīng)用到多臺進(jìn)口大型往復(fù)式壓縮機曲軸的修復(fù),成功地解決了往復(fù)式壓縮機因曲軸主軸頸被磨出溝槽而導(dǎo)致油封漏油的問題,不僅縮短了修復(fù)周期,而且大大降低了維修成本,實施維修費用僅數(shù)百元。
  關(guān)鍵詞:往復(fù)式壓縮機;曲軸油封;漏油;主軸頸;曲軸箱
  曲軸油封漏油原因分析
  壓縮機是在我國工礦企業(yè)及油氣田得到廣泛應(yīng)用的氣體增壓設(shè)備,主要用于空氣、氮氣、天然氣及其它烴類氣體的增壓。當(dāng)壓縮機的進(jìn)氣流量在300m3/min以下且壓縮比較高時,通常選用往復(fù)式壓縮機[1]
  目前吐哈油田的幾十臺大型進(jìn)口壓縮機絕大部分為往復(fù)式壓縮機,其轉(zhuǎn)速較低,曲軸箱內(nèi)不帶壓,曲軸主軸頸與曲軸箱間只存在封油問題,所以一般采用油封作為曲軸的軸封,這種密封形式是依靠油封唇口與曲軸主軸頸的貼合形成密封面來達(dá)到封油的目的。在壓縮機停機狀態(tài)下,由于曲軸油封的位置高于曲軸箱油面,不會發(fā)生滲漏,但在壓縮機運轉(zhuǎn)過程中,如果密封不好,飛濺的油會從油封與曲軸主軸頸的密封面向外滲漏。曲軸油封漏油不僅造成大量潤滑油的浪費,而且還污染機組及環(huán)境,同時,嚴(yán)重的漏油也無法保證機組長期穩(wěn)定運行。鑒于此,必須對曲軸油封的漏油問題及早做出診斷,找出原因并予以排除。
  一般認(rèn)為,曲軸油封漏油主要是壓縮機長期使用后油封磨損、彈簧彈力減弱等原因造成的。而采取的辦法不外乎是換用新件,剪短彈簧重新搭接以增加彈力等。大型進(jìn)口往復(fù)式壓縮機的大修實踐證明,大修機組若存在曲軸油封漏油問題,僅憑以上辦法往往不能解決問題。如吐哈油田現(xiàn)有的大型進(jìn)口往復(fù)式壓縮機普遍存在曲軸油封漏油問題,全部換用新件也很難解決。筆者現(xiàn)以鄯善采油廠3號L7042GSI/4RDS—3氣舉壓縮機的大修實踐對曲軸油封漏油問題進(jìn)行分析和研究。
  鄯善采油廠3號氣舉壓縮機運轉(zhuǎn)60000h后進(jìn)入大修期。大修中更換了主軸承、曲軸油封等易損件,而曲軸油封的漏油問題依然如故。通過拆檢排除了安裝方法不當(dāng)、油封本身質(zhì)量差、曲軸箱內(nèi)壓過高、主軸承間隙過大等因素的影響。在檢查曲軸油封所在位置的軸頸表面時發(fā)現(xiàn)存在明顯溝槽,這是曲軸油封漏油的原因所在。針對這一情況,可以預(yù)計其他已到大修期的機組可能也存在同樣問題。為此,必須找到一種切實可行的解決辦法來應(yīng)對。
  解決方案及可行性分析
  1.方案1
  由現(xiàn)場對鄯善采油廠3號氣舉壓縮機磨損軸頸的實際測量可以得知,軸頸直徑為171.41mm,溝槽寬度約3mm,深度約1mm,根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]可以采用補償?shù)姆椒?,即采用金屬絲噴涂、電振動堆焊、鍍鐵、鍍鉻等方法補償修復(fù)軸頸。其可行性分析如下:
 ?。?)設(shè)備管理及維修人員對從美國進(jìn)口的壓縮機曲軸的材質(zhì)不了解,修復(fù)后補償修復(fù)層與基體的結(jié)合強度很難保證。
 ?。?)補償修復(fù)層的強度和硬度因處理工藝復(fù)雜,具有不確定性。
 ?。?)根據(jù)文獻(xiàn)[2],不同的修復(fù)方法對軸頸尺寸、溝槽深度等初始數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的限定,需要經(jīng)過嚴(yán)格的鑒定程序才能確定是否具備修復(fù)條件,只有滿足所有技術(shù)要求才能修復(fù)。
 ?。?)修復(fù)后的曲軸需做動平衡試驗[2],而對大型壓縮機組曲軸做動平衡試驗的設(shè)備目前國內(nèi)甚少且受到地域限制。
 ?。?)進(jìn)口的大型往復(fù)式壓縮機價格高,為保證生產(chǎn)的安全,一般要求大修周期非常短,在很短的期限內(nèi)不具備送外檢測、修復(fù)的條件。
  (6)曲軸的鑒定及修復(fù)耗時長且費用高。
  綜上所述,可以采用補償修復(fù)方法對曲軸進(jìn)行修復(fù),但該種方法存在周期長、工藝復(fù)雜、不確定性因素多、成本高等缺點。
  2.方案2
  圖1所示為曲軸油封的密封原理圖。曲軸油封過盈裝配到曲軸箱端蓋的油封孔中,隨同端蓋固定到曲軸箱上,油封通過自緊彈簧將唇口抱緊到曲軸主軸頸上,形成一個通過P點的圓柱形密封面。壓縮機運轉(zhuǎn)時,油封唇口承受曲軸高速運轉(zhuǎn)的摩擦力,經(jīng)過長期運轉(zhuǎn),油封唇口會磨損、老化,軸頸表面出現(xiàn)溝槽。通過3號氣舉壓縮機的受損軸頸現(xiàn)場觀察和測量發(fā)現(xiàn),在軸頸上的溝槽兩側(cè)部分軸頸仍然完好,既然曲軸油封漏油主要是油封所在位置的軸頸存在溝槽所致,如果在安裝油封時,錯開軸頸上的溝槽位置,即改變圖1中的c或f的尺寸,漏油問題便可得到排除。
 

圖1 曲軸油封密封原理圖
  圖2為3號氣舉壓縮機曲軸箱總成結(jié)構(gòu)示意圖。由于受到止推軸承6和8的限位以及連桿軸頸與各壓縮缸間的對正要求,尺寸f不能調(diào)整,也就是不能調(diào)整曲軸相對于曲軸箱端蓋的軸向位置,此時只能通過改變尺寸c的數(shù)值來調(diào)整,即調(diào)整油封的軸向安裝位置。由于曲軸箱端蓋的油封孔深度一般剛好使油封安裝后端面齊平,沒有余量,無法向外調(diào)整,所以只能采用增加端蓋上油封孔的深度向內(nèi)調(diào)整的方法。

圖2 壓縮機曲軸箱總成結(jié)構(gòu)示意圖
1.曲軸;2.曲軸油封;3.曲軸箱端蓋;4.曲軸箱;5.連桿軸頸;6.后止推軸承;7.主軸頸;8.前止推軸承
  根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗,曲軸箱端蓋油封孔的加工深度應(yīng)滿足下式:
  Δc≥max(m+n+s+Δs,Δp)(1)
  式中 Δc———曲軸箱端蓋油封孔的加工深度;
     m———壓縮機解體前的后止推間隙;
     n———壓縮機解體前的前止推間隙;
     s———標(biāo)準(zhǔn)止推間隙的上限;
     Δs———標(biāo)準(zhǔn)止推間隙的上限與下限差值;
     Δp———曲軸主軸頸上的溝槽總寬度。
  就可行性而言,盡管采用方案2需要破壞曲軸箱端蓋的原結(jié)構(gòu)尺寸,但由于壓縮機曲軸箱端蓋是以封堵曲軸箱和密封曲軸主軸頸為目的,其受力很小,且曲軸與曲軸箱端蓋的相對位置不變,通過機加工增加端蓋上油封孔的深度,將油封的安裝位置內(nèi)移是可行的。
  方案2的應(yīng)用條件如下:
 ?。?)不同機組的曲軸箱端蓋結(jié)構(gòu)形式及厚度余量不同,在端蓋機加工時,應(yīng)對原有的回油結(jié)構(gòu)做相應(yīng)的改造,以確保改造后不影響油封的回油。
  (2)在對曲軸箱端蓋進(jìn)行機加工前必須權(quán)衡利弊,既不能影響曲軸箱端蓋的強度,還應(yīng)避免帶來新的問題。
 ?。?)用方案2的經(jīng)驗公式計算油封孔的加工深度前,應(yīng)核實止推軸承的軸向安裝位置,確保再次安裝時位置不改變。
 ?。?)當(dāng)新安裝的止推軸承需要減小厚度調(diào)整止推間隙時,應(yīng)將減小量均分到前后止推軸承上。
  (5)假定機組檢修前后的兩側(cè)止推軸承磨損規(guī)律大致相同,且不存在嚴(yán)重偏磨。
 ?。?)如果油封所在位置的主軸頸上溝槽不止1道,應(yīng)以溝槽帶的Z大寬度作為曲軸主軸頸溝槽總寬度Δp。
  (7)曲軸主軸頸上的溝槽內(nèi)側(cè)軸頸是完好的。
  3.2種方案對比
  (1)方案1和方案2都不能一次性解決曲軸油封漏油問題,兩者都是權(quán)宜之計,而且2種方案的有效期至多為設(shè)備的1個大修期。
 ?。?)方案1不破壞機組零部件的原結(jié)構(gòu)尺寸并可反復(fù)使用,但補償修復(fù)的風(fēng)險和費用較大。
  (3)方案2的使用次數(shù)受到限制。但考慮到方案2的使用周期是設(shè)備的1個大修期,相對于設(shè)備20萬h的設(shè)計壽命,采用方案2也不會超過3次;方案2簡單快捷修復(fù)費用低。
  根據(jù)吐哈油田的地域條件,并綜合考慮維修周期及維修成本等因素,Z終選取方案2作為排除曲軸油封漏油的修復(fù)方案。
  現(xiàn)場應(yīng)用情況
  從2004年開始,吐哈油田的多數(shù)大型往復(fù)式壓縮機進(jìn)入大修期。針對機組長期服役后曲軸主軸頸磨損和曲軸油封漏油的問題,先后對鄯善采油廠L7042GSI/4HOS—3氣舉壓縮機、丘陵采油廠16SGT/W74原料氣壓縮機和4RDS—3/YB630—2氣舉壓縮機等機組的曲軸油封進(jìn)行了修復(fù),使壓縮機曲軸油封的漏油問題得到徹底解決,修復(fù)后的機組Z長服役期已超過2a,至今未發(fā)生漏油問題。實施方案2的費用僅數(shù)百元。
  確定以方案2作為Z終的修復(fù)方案,成功地解決了進(jìn)口壓縮機長期服役后曲軸油封漏油問題,大大縮短了修復(fù)的周期,保障了機組大修計劃的順利實施,并大大降低了預(yù)期的維修成本。
  參考文獻(xiàn)
  [1]李國誠,諸林.油氣田輕烴回收技術(shù).成都:科學(xué)技術(shù)出版社,1998:126
  [2]GB3802—83.汽車發(fā)動機曲軸修理技術(shù)條件.1983

來源:《石油機械》2007年第35卷第5期