吕文超1 吕永阳1 苏万青2 郁海涛3 李鲜芳4
(1.吐哈石油勘探开发指挥部乙烷回收工程项目部;2.吐哈石油勘探开发指挥部油气合作开发公司;3.吐哈石油机械厂;4.吐哈石油天然气化工厂)
摘 要:针对大型往复式压缩机经过长期运转后,曲轴主轴颈被曲轴油封磨出沟槽导致油封漏油问题,提出了2种解决方案。其中方案2通过机加工增加曲轴箱端盖油封孔深度的办法比方案1修复曲轴油封更简单快捷。方案2已应用到多台进口大型往复式压缩机曲轴的修复,成功地解决了往复式压缩机因曲轴主轴颈被磨出沟槽而导致油封漏油的问题,不仅缩短了修复周期,而且大大降低了维修成本,实施维修费用仅数百元。
关键词:往复式压缩机;曲轴油封;漏油;主轴颈;曲轴箱
曲轴油封漏油原因分析
压缩机是在我国工矿企业及油气田得到广泛应用的气体增压设备,主要用于空气、氮气、天然气及其它烃类气体的增压。当压缩机的进气流量在300m
3/min以下且压缩比较高时,通常选用往复式压缩机
[1]。
目前吐哈油田的几十台大型进口压缩机绝大部分为往复式压缩机,其转速较低,曲轴箱内不带压,曲轴主轴颈与曲轴箱间只存在封油问题,所以一般采用油封作为曲轴的轴封,这种密封形式是依靠油封唇口与曲轴主轴颈的贴合形成密封面来达到封油的目的。在压缩机停机状态下,由于曲轴油封的位置高于曲轴箱油面,不会发生渗漏,但在压缩机运转过程中,如果密封不好,飞溅的油会从油封与曲轴主轴颈的密封面向外渗漏。曲轴油封漏油不仅造成大量润滑油的浪费,而且还污染机组及环境,同时,严重的漏油也无法保证机组长期稳定运行。鉴于此,必须对曲轴油封的漏油问题及早做出诊断,找出原因并予以排除。
一般认为,曲轴油封漏油主要是压缩机长期使用后油封磨损、弹簧弹力减弱等原因造成的。而采取的办法不外乎是换用新件,剪短弹簧重新搭接以增加弹力等。大型进口往复式压缩机的大修实践证明,大修机组若存在曲轴油封漏油问题,仅凭以上办法往往不能解决问题。如吐哈油田现有的大型进口往复式压缩机普遍存在曲轴油封漏油问题,全部换用新件也很难解决。笔者现以鄯善采油厂3号L7042GSI/4RDS—3气举压缩机的大修实践对曲轴油封漏油问题进行分析和研究。
鄯善采油厂3号气举压缩机运转60000h后进入大修期。大修中更换了主轴承、曲轴油封等易损件,而曲轴油封的漏油问题依然如故。通过拆检排除了安装方法不当、油封本身质量差、曲轴箱内压过高、主轴承间隙过大等因素的影响。在检查曲轴油封所在位置的轴颈表面时发现存在明显沟槽,这是曲轴油封漏油的原因所在。针对这一情况,可以预计其他已到大修期的机组可能也存在同样问题。为此,必须找到一种切实可行的解决办法来应对。
解决方案及可行性分析
1.方案1
由现场对鄯善采油厂3号气举压缩机磨损轴颈的实际测量可以得知,轴颈直径为171.41mm,沟槽宽度约3mm,深度约1mm,根据参考文献
[2]可以采用补偿的方法,即采用金属丝喷涂、电振动堆焊、镀铁、镀铬等方法补偿修复轴颈。其可行性分析如下:
(1)设备管理及维修人员对从美国进口的压缩机曲轴的材质不了解,修复后补偿修复层与基体的结合强度很难保证。
(2)补偿修复层的强度和硬度因处理工艺复杂,具有不确定性。
(3)根据文献
[2],不同的修复方法对轴颈尺寸、沟槽深度等初始数据有严格的限定,需要经过严格的鉴定程序才能确定是否具备修复条件,只有满足所有技术要求才能修复。
(4)修复后的曲轴需做动平衡试验
[2],而对大型压缩机组曲轴做动平衡试验的设备目前国内甚少且受到地域限制。
(5)进口的大型往复式压缩机价格高,为保证生产的安全,一般要求大修周期非常短,在很短的期限内不具备送外检测、修复的条件。
(6)曲轴的鉴定及修复耗时长且费用高。
综上所述,可以采用补偿修复方法对曲轴进行修复,但该种方法存在周期长、工艺复杂、不确定性因素多、成本高等缺点。
2.方案2
图1所示为曲轴油封的密封原理图。曲轴油封过盈装配到曲轴箱端盖的油封孔中,随同端盖固定到曲轴箱上,油封通过自紧弹簧将唇口抱紧到曲轴主轴颈上,形成一个通过P点的圆柱形密封面。压缩机运转时,油封唇口承受曲轴高速运转的摩擦力,经过长期运转,油封唇口会磨损、老化,轴颈表面出现沟槽。通过3号气举压缩机的受损轴颈现场观察和测量发现,在轴颈上的沟槽两侧部分轴颈仍然完好,既然曲轴油封漏油主要是油封所在位置的轴颈存在沟槽所致,如果在安装油封时,错开轴颈上的沟槽位置,即改变图1中的c或f的尺寸,漏油问题便可得到排除。

图1 曲轴油封密封原理图
图2为3号气举压缩机曲轴箱总成结构示意图。由于受到止推轴承6和8的限位以及连杆轴颈与各压缩缸间的对正要求,尺寸f不能调整,也就是不能调整曲轴相对于曲轴箱端盖的轴向位置,此时只能通过改变尺寸c的数值来调整,即调整油封的轴向安装位置。由于曲轴箱端盖的油封孔深度一般刚好使油封安装后端面齐平,没有余量,无法向外调整,所以只能采用增加端盖上油封孔的深度向内调整的方法。
图2 压缩机曲轴箱总成结构示意图
1.曲轴;2.曲轴油封;3.曲轴箱端盖;4.曲轴箱;5.连杆轴颈;6.后止推轴承;7.主轴颈;8.前止推轴承
根据现场经验,曲轴箱端盖油封孔的加工深度应满足下式:
Δc≥max(m+n+s+Δs,Δp)(1)
式中 Δc———曲轴箱端盖油封孔的加工深度;
m———压缩机解体前的后止推间隙;
n———压缩机解体前的前止推间隙;
s———标准止推间隙的上限;
Δs———标准止推间隙的上限与下限差值;
Δp———曲轴主轴颈上的沟槽总宽度。
就可行性而言,尽管采用方案2需要破坏曲轴箱端盖的原结构尺寸,但由于压缩机曲轴箱端盖是以封堵曲轴箱和密封曲轴主轴颈为目的,其受力很小,且曲轴与曲轴箱端盖的相对位置不变,通过机加工增加端盖上油封孔的深度,将油封的安装位置内移是可行的。
方案2的应用条件如下:
(1)不同机组的曲轴箱端盖结构形式及厚度余量不同,在端盖机加工时,应对原有的回油结构做相应的改造,以确保改造后不影响油封的回油。
(2)在对曲轴箱端盖进行机加工前必须权衡利弊,既不能影响曲轴箱端盖的强度,还应避免带来新的问题。
(3)用方案2的经验公式计算油封孔的加工深度前,应核实止推轴承的轴向安装位置,确保再次安装时位置不改变。
(4)当新安装的止推轴承需要减小厚度调整止推间隙时,应将减小量均分到前后止推轴承上。
(5)假定机组检修前后的两侧止推轴承磨损规律大致相同,且不存在严重偏磨。
(6)如果油封所在位置的主轴颈上沟槽不止1道,应以沟槽带的Z大宽度作为曲轴主轴颈沟槽总宽度Δp。
(7)曲轴主轴颈上的沟槽内侧轴颈是完好的。
3.2种方案对比
(1)方案1和方案2都不能一次性解决曲轴油封漏油问题,两者都是权宜之计,而且2种方案的有效期至多为设备的1个大修期。
(2)方案1不破坏机组零部件的原结构尺寸并可反复使用,但补偿修复的风险和费用较大。
(3)方案2的使用次数受到限制。但考虑到方案2的使用周期是设备的1个大修期,相对于设备20万h的设计寿命,采用方案2也不会超过3次;方案2简单快捷修复费用低。
根据吐哈油田的地域条件,并综合考虑维修周期及维修成本等因素,Z终选取方案2作为排除曲轴油封漏油的修复方案。
现场应用情况
从2004年开始,吐哈油田的多数大型往复式压缩机进入大修期。针对机组长期服役后曲轴主轴颈磨损和曲轴油封漏油的问题,先后对鄯善采油厂L7042GSI/4HOS—3气举压缩机、丘陵采油厂16SGT/W74原料气压缩机和4RDS—3/YB630—2气举压缩机等机组的曲轴油封进行了修复,使压缩机曲轴油封的漏油问题得到彻底解决,修复后的机组Z长服役期已超过2a,至今未发生漏油问题。实施方案2的费用仅数百元。
确定以方案2作为Z终的修复方案,成功地解决了进口压缩机长期服役后曲轴油封漏油问题,大大缩短了修复的周期,保障了机组大修计划的顺利实施,并大大降低了预期的维修成本。
参考文献
[1]李国诚,诸林.油气田轻烃回收技术.成都:科学技术出版社,1998:126
[2]GB3802—83.汽车发动机曲轴修理技术条件.1983
来源:《石油机械》2007年第35卷第5期