某型高壓空壓機異常噪聲的分析與處理
2020-04-15梁璞玉1,2 何世平1 繆忠輝2
(1、海軍工程大學動力工程學院,湖北武漢 430033;2、中國人民解放軍第四八一二工廠,安徽安慶 246001)
1 引言 (1、海軍工程大學動力工程學院,湖北武漢 430033;2、中國人民解放軍第四八一二工廠,安徽安慶 246001)
高壓空壓機是軍港或軍械供氣站等場所的主要設備之一,通過空壓機各級氣缸中工作容積的不斷變化,對吸入的空氣進行壓縮,從而產生具有一定壓力的壓縮空氣。空壓機啟動后,壓力逐漸升高,其產生的綜合活塞力通過活塞、連桿及曲軸部件傳遞給滾動軸承,滾動軸承再通過其安 裝孔傳遞給兩端支撐的曲軸箱和軸承座上,Z后通過空壓機支腳傳遞給安裝基礎]。空壓機工作時,滾動軸承與其安裝孔之間有交變的作用力,同時為了降低空壓機的振動和噪聲等指標,一般既要控制曲軸的徑向跳動,也要控制曲軸的軸向竄動,即要限制曲軸在徑向和軸向上的運動而不能發生大的位移變化量。
2 異常噪聲的現象及原因分析
某型高壓空壓機在首臺樣機開始試運行的過程中,逐漸出現間歇性的異常噪聲,且隨著末級背壓的升高,噪聲值有加大的趨勢,且當時除了噪聲異常外,空壓機仍能“正常”運行。在發現此異常現象后,工廠工程技術人員時間到現場進行查驗、分析。基于此款高壓空壓機結構緊湊和出現異常噪聲現象的特點,經初步判斷,可能有如下幾個方面的原因:
(1) 組合氣閥。由于各級的氣閥均為組合閥,在工作過程中,其進、排氣閥片或彈簧片可能出現了局部斷裂或破損,在高頻率的吸氣和排氣過程中,發出間歇性的空氣噪聲;
(2) 風扇葉片。因風扇與曲軸采用錐面配合,且冷卻風扇的葉片直徑較大,在曲軸帶動風扇做高速旋轉的過程中,由于其錐面加工誤差、裝配質量、葉片剛度以及動平衡等因素的綜合影響,風扇葉片振幅過大導致與其周圍物體有輕微的摩擦,進而產生間歇性的機械噪聲;
(3) 軸承缺油。曲軸主軸頸處安裝滾動軸承的供油量不足,在高速旋轉時,滾動軸承出現了干摩擦或局部結構性損傷而產生的異常噪聲;
(4) 軸承公差與配合。曲軸主軸頸處安裝滾動軸承的公差與配合不當,在高速旋轉時,滾動軸承松動后出現了間隙而產生的異常噪聲。
3 異常噪聲的排除過程及方法
在綜合考慮了該設備的保障性和經濟性的前提下,同時盡量縮短故障排除的時間,在進行故障排查前,制定了排查步驟:先檢查空壓機外圍的輔助部分,再檢查空壓機的內部結構,即先排查拆卸少的外圍部件,Z后排查拆卸多的內部結構。
首先,根據噪聲源的分布情況,通過逐級拆卸各級的氣缸蓋,取出對應級的組合閥,開機檢查并通過前后噪聲的對比,初步判斷異常噪聲不是由組合閥引起的。
其次,根據冷卻風扇的結構特點,先拆掉其周圍的風扇罩殼,開機后噪聲依然存在,后把冷卻風扇及其附屬管路均拆卸下來,開機發現噪聲 依舊,故而判斷異常噪聲也不是風扇葉片引起的。
Z后,在空壓機的內部結構上查找原因,因軸承座是通過8個螺栓連接到曲軸箱端部的,故先把軸承座從端部拆卸下來并檢查其內孔安裝的滾動軸承。當軸承座拆卸完畢時,其表面溫度仍有約30益左右,經初步檢視,在滾動軸承的可視表面上均勻布滿了潤滑油,也沒有出現結構損傷及干涉現象,但隨后用手稍用力向外拉動滾動軸承時,即被輕松地拉出來3 mm左右,且同時發現滾動軸承在孔內可以輕微的“晃動”(由表1知此時已為小間隙配合了),后把其一起放入油槽內稍許加熱即可把滾動軸承完全拉出來,此時發現軸承座的內孔表面和滾動軸承的外圓周表面上,且沿著圓周運動的方向上均有明顯的摩擦痕跡,后經檢測,內孔已失圓。
經過分析,初步判斷異常噪聲是由于安裝在軸承座內孔處的滾動軸承出現了間隙配合,并在高速旋轉和力的共同作用下,發生了較嚴重的相 對位移,從而產生了異常噪聲。
4 試驗驗證的過程及方法
在設計空壓機時,尤其是配裝在艦船上的空壓機,一般有質量要求,為了降低機組的整體質量,軸承座等采用鑄鋁合金ZL104,滾動軸承選用進口件,一般為軸承鋼或合金鋼的標準件。當拆卸下來的軸承座降至環境溫度12.5益時,使用內徑千分表測量軸承座的內孔,其Z小直徑處的偏差約為-0.013 mm,用杠桿千分尺測量滾動軸承的外徑,其尺寸偏差約為-0.004 mm。調閱軸承座原始設計尺寸,其內孔的極限偏差為
