壓縮機(jī)膜片聯(lián)軸器失效分析及解決
2024-05-30
作者：陳軻 趙亮 王明
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1 引言
膜片聯(lián)軸器廣泛應(yīng)用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等應(yīng)用環(huán)境，膜片聯(lián)軸器應(yīng)用范圍廣泛。具有無(wú)潤(rùn)滑、傳遞效率高、補(bǔ)償能力好等優(yōu)點(diǎn)。
但是壓縮機(jī)用膜片聯(lián)軸器在使用過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問(wèn)題。在現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有備機(jī)的情況下，這種情況會(huì)變得十分緊急。所以，如何從源頭上規(guī)避膜片聯(lián)軸器應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)，成為了本文的研究主題。本文通過(guò)分析膜片聯(lián)軸器不同工作環(huán)境下不同的失效形式，為膜片聯(lián)軸器的使用方提供一些切實(shí)可行的改善方案。
壓縮機(jī)常用的膜片聯(lián)軸器形式如圖1所示，和國(guó)標(biāo)JBT9147-JMⅡJ系列結(jié)構(gòu)形式一致，為帶中間節(jié)的雙膜片聯(lián)軸器，由圖中9種零部件組成。本文主要涉及的損壞部件集中在圖1中件4聯(lián)軸器膜片、件6聯(lián)軸器中間節(jié)上面。
2 聯(lián)軸器失效案例分析
案例1：因扭矩波動(dòng)造成的失效
某海油機(jī)組電機(jī)-壓縮機(jī)，電機(jī)與壓縮機(jī)之間聯(lián)軸器功率為2240kW，轉(zhuǎn)速600RPM，扭矩35650Nm。聯(lián)軸器選用8孔膜片聯(lián)軸器，設(shè)計(jì)額定傳扭能力60kNm。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋聯(lián)軸器使用28天損壞，電機(jī)軸瓦也已經(jīng)燒壞。
聯(lián)軸器主要損壞位置為被驅(qū)動(dòng)側(cè)膜片，膜片的拉梁和壓梁均有斷裂特征，且壓梁段的外側(cè)膜片與兩側(cè)法蘭面均有接觸磨損，片組上側(cè)帶肩襯套沒(méi)有損傷。聯(lián)軸器損壞如圖2所示，聯(lián)軸器膜片損壞如圖3所示。
如圖3所示，拉梁斷裂位置為膜片扭轉(zhuǎn)時(shí)較薄弱位置，壓梁斷裂位置為扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)起皺位置。根據(jù)該斷裂狀態(tài)，結(jié)合客戶(hù)所述聯(lián)軸器對(duì)中狀態(tài)并無(wú)明顯異常，可以判斷該膜片損壞為扭轉(zhuǎn)失效。觀(guān)察襯套磕碰點(diǎn)均處于一側(cè)，而另一側(cè)完好無(wú)損傷，可知失效時(shí)為正常旋轉(zhuǎn)傳扭方向失效，并不存在反向跡象。帶肩襯套及螺栓并未發(fā)現(xiàn)任何損傷，可以判斷膜片的損壞并非由于非常大的瞬態(tài)沖擊而導(dǎo)致的瞬態(tài)斷裂，該膜片損壞可能是由于長(zhǎng)期的扭矩不穩(wěn)定波動(dòng)而導(dǎo)致的膜片扭轉(zhuǎn)交變疲勞失效。
該膜片損壞過(guò)程如下：扭矩波動(dòng)——膜片疲勞強(qiáng)度超標(biāo)——部分膜片損壞——靜態(tài)強(qiáng)度不足——失效——無(wú)法保持襯套扭轉(zhuǎn)方向位置——襯套與大孔相撞——大孔、襯套損傷。
根據(jù)以上分析，可知聯(lián)軸器的失效原因應(yīng)該是長(zhǎng)期扭矩波動(dòng)導(dǎo)致的扭轉(zhuǎn)疲勞失效。
改進(jìn)建議：找出扭矩波動(dòng)的源頭，確認(rèn)動(dòng)力源和從動(dòng)機(jī)是否存在載荷波動(dòng)，另須確認(rèn)軸系是否存在扭向振動(dòng)?？赏ㄟ^(guò)加大聯(lián)軸器型號(hào)提高抗扭振能力，或者更換為10孔系列聯(lián)軸器，提高膜片剛性。
案例2：因機(jī)組不對(duì)中造成的失效
某壓縮機(jī)用戶(hù)反饋，現(xiàn)在壓縮機(jī)用膜片聯(lián)軸器呈現(xiàn)如圖4所示的斷裂形式。
如圖4所示，膜片聯(lián)軸器膜片的斷裂位置處于傳扭孔螺栓附近，這種斷裂形式是很常見(jiàn)的一種形式。
該膜片聯(lián)軸器失效形式，多是因?yàn)樵诎惭b膜片聯(lián)軸器時(shí)對(duì)中找正數(shù)據(jù)過(guò)大，導(dǎo)致聯(lián)軸器在正常運(yùn)行中受到了因不對(duì)中產(chǎn)生的交變應(yīng)力，最終導(dǎo)致聯(lián)軸器膜片發(fā)生斷裂。
為了解決聯(lián)軸器膜片螺栓處斷裂的問(wèn)題，需要在安裝膜片聯(lián)軸器的時(shí)候按照安裝使用說(shuō)明書(shū)，做好對(duì)中找正工作，保證聯(lián)軸器能夠在正常的狀態(tài)下工作。
案例3：因機(jī)組過(guò)載造成的失效
某壓縮機(jī)用戶(hù)反饋，現(xiàn)在壓縮機(jī)用膜片聯(lián)軸器呈現(xiàn)如圖5所示的斷裂形式。
如圖5所示，膜片聯(lián)軸器膜片的斷裂位置處于梁中間附近位置，這種斷裂形式也是很常見(jiàn)的一種形式。和圖4不一樣處在于膜片的斷裂位置。
該膜片聯(lián)軸器失效形式，多是因?yàn)槁?lián)軸器在瞬間承受過(guò)大的載荷。一般該載荷超過(guò)聯(lián)軸器所規(guī)定的瞬時(shí)扭矩和峰值扭矩，導(dǎo)致聯(lián)軸器膜片一瞬間無(wú)法承受住大載荷，造成了這種失效形式。
為了解決聯(lián)軸器膜片梁中間附近位置的問(wèn)題，需要在聯(lián)軸器的前期選型階段
為了解決聯(lián)軸器上圖6的彈性原件斷裂形式的問(wèn)題，需要在聯(lián)軸器的前期選型階段告知聯(lián)軸器生產(chǎn)商該機(jī)組可能存在熱脹量過(guò)大，或者機(jī)組存在軸向竄動(dòng)的情況。聯(lián)軸器廠(chǎng)家也需要在前期技術(shù)溝通中將熱脹量或竄動(dòng)量確認(rèn)好，并做好聯(lián)軸器的選型工作。機(jī)組運(yùn)行后，需要對(duì)熱脹量或竄動(dòng)量進(jìn)行檢測(cè)，一旦超過(guò)聯(lián)軸器的補(bǔ)償能力，應(yīng)立即停機(jī)。
3 結(jié)論及建議
本文分享了集中膜片聯(lián)軸器和膜盤(pán)聯(lián)軸器常見(jiàn)的失效形式及解決方案，在聯(lián)軸器前期選型和使用過(guò)程中有如下建議：
1、及時(shí)告知聯(lián)軸器廠(chǎng)家聯(lián)軸器的使用工況，如有無(wú)熱脹量竄動(dòng)量，有無(wú)扭矩波動(dòng)，頻繁啟停等與正常運(yùn)行不同的工況。
2、聯(lián)軸器安裝過(guò)程中需要嚴(yán)格遵循廠(chǎng)家的安裝說(shuō)明書(shū)，做好對(duì)中找正工作，并使用力矩扳手按規(guī)定力矩?cái)Q緊螺栓。
3、在聯(lián)軸器使用過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行，或運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)異常聲響，需要停機(jī)并檢查。
