PLPK-10/3.5×0.25 型膨胀机故障分析及处理

王海龙 李淑琼

（中国空空导弹研究院 河南洛阳）

KDN-200/30Y型空分设备，系统采用低压返流膨胀设计，低温膨胀机采用苏州西达生产的PLPK-10/3.5×0.25型气体轴承透平膨胀机。系统中配置2台套该型膨胀机组，运行中采用1用1备模式。制氮空分装置2008年7月安装到位，系统经试压、清洗、吹扫、裸冷等规范操控试运行。运行近2个月时，系统1#和2#膨胀机，相继出现突然停车、无法通过切换使其重新启动的故障，致使整套空分停运。

1.故障现象

整套空分装置2008年11月份开车试运行，在各项参数合格试运行近两个月后，2009年1月13日1#膨胀机突然出现很大的嗡鸣和机械摩擦声并伴有振动。膨胀机的各项运转参数大幅波动（密封气压力0～0.35 MPa，转速迅速从50 260 r/min下降到18 980 r/min）。运行人员立即同时启动备用的2#膨胀机，但2#膨胀机无法正常启动。在2#膨胀机无法启动的情况下只有立即将1#膨胀机也停运。间隔约30 min后再次尝试启动2#膨胀机成功。但运行1 h后，2#膨胀机也出现与1#膨胀机同样的故障现象并自动停车，再次尝试启动1#膨胀机时也无法启动。

2.故障分析及处理

膨胀机故障后，因各项设定压力参数均在正常范围值，怀疑膨胀机的转子卡死。PLPK-10/3.5X0.25型气体轴承透平膨胀机主要参数，进气压力0.35 MPa，出口压力0.025 MPa，进口温度 122 K，效率 78%，转速 55 900 r/min，气量600 m3/h，介质为富氧气，制动方式为风机制动。与膨胀机厂家沟通后，对膨胀机的箱体进行扒砂，拆出主机。打开主机发现，主机主轴与气动轴承卡死并有严重摩擦痕迹，膨胀机的主轴工作轮叶片变形。

（1）膨胀机卡死的主要原因。运行参数调节、操作不当，阀门开关过猛导致膨胀机内压力失衡；膨胀工作气源和轴承气气源洁净度不达标；当膨胀机内出现液体时，由于液体被甩到叶轮外缘，温度升高又急剧汽化，会使间隙和压力大幅波动，造成膨胀机振动，此时压力表急速跳动，温度指示波动；制动风机喘振，当风机出口不畅通或过小，风机的工作点又进入喘振区，造成风机工作不稳定产生振动；气体轴承供气压力过低；转子出厂前是严格做过动平衡实验的，转子动平衡精度为0.2 μm。在装拆运转过程中因不对中、磨损或轮内杂质冻结，都将破坏转子的动平衡，因而引起过大振动。

（2）故障处理。膨胀机的主机返厂家大修，更换左右轴承套、打磨主轴，严格按照各部件的配合间隙和精度装配，并做好整机动平衡。轴承径向间隙（名义直径间隙）0.06～0.075 mm，密封套径向间隙0.06～0.09 mm，轴向间隙0.09～0.12 mm，工作轮与导流器内环间隙0.6 mm，工作轮与扩散器间隙0.15～0.25 mm，风机轮与端盖体间隙0.5～1 mm。

对膨胀机组的辅助管道进行重新的清洗和吹扫，更换轴承气管路的粗过滤器滤芯和精过滤器镍片；并对制动风机进出口管道进行外引和加长改造；在膨胀机轴承气管道和空气仪表气管路加装阀门，实现切换和分离；调整纯化器控制的工作时序表，优化纯化系统工作切换时间，确保进膨胀机组的气体品质。

通过一系列整改措施的实施，膨胀机组整体安装、充填珠光砂等工作完成后，整套制氮空分系统一次开车成功，1#、2#膨胀机通过切换启动，平稳达标运行。

3.膨胀机组运行维护要点

膨胀机启动前，分馏塔须经加温吹除，对膨胀机进出口管路，制动风机管路须进行彻底吹除后。定期对轴承气管路也必须进行彻底吹除，然后打开精过滤器，装入过滤镍片再通气吹除干净。对于已长期使用而被污染的滤芯、镍片，须严格清洗后方能再次使用。

一般膨胀机刚启动阶段会偏离设计工况运行，运转参数变化大，故调节频繁。启动时因整个装置处于热状态，膨胀机进口温度高于正常值而进口压力低于正常值，且刚启动过程降温极快，膨胀机进口温度急剧下降，此时应及时开大进气阀门，提高膨胀机进口压力。

对于停车备用的另一台膨胀机，轴承气压力应保持0.15～0.2 MPa，以防止杂质进入或锈蚀。由于透平膨胀机进气管道公用，故从2台同时运转转入1台单独运转时，要密切注视另一台以防超速或超压，操作过程需缓慢进行。膨胀机组采用1用1备运行模式的应定期切换使用。