蔡 斌

（五冶集團(tuán)上海有限公司，上海 201900）

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)注重環(huán)境保護(hù)，提倡節(jié)約能源，鼓勵(lì)發(fā)展綠色工業(yè)，但是一些工業(yè)生產(chǎn)必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染和破壞。為了在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)制造一些難以收集的稀有氣體，我國(guó)科研人員發(fā)明了大型空分設(shè)備[1-2]。它是以空氣作為原料，通過(guò)壓縮循環(huán)、深度冷藏等一系列技術(shù)，將普通的空氣加工成為液態(tài)化合物，最后根據(jù)分餾操作將液態(tài)化合物分離，分別化為氧氣、氮?dú)?、氦氣等一些稀有氣體的設(shè)備。由于該設(shè)備在保護(hù)環(huán)境的情況下，還可以得到一些稀有氣體，因此在我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行了強(qiáng)力的推廣。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了空分設(shè)備存在的故障問(wèn)題，本文下面將研究大型空分設(shè)備安裝以及機(jī)械維修的方法[3]。

吸取以往的經(jīng)驗(yàn)，本文通過(guò)研究大型空分設(shè)備的四大組成結(jié)構(gòu)和安裝方法，對(duì)其進(jìn)行了全方面的分析，然后再總結(jié)其常見(jiàn)故障的原因，為機(jī)械維修方法做準(zhǔn)備。

1 大型空分設(shè)備安裝方法

大型空分設(shè)備的主要四大組成結(jié)構(gòu)有主塔系統(tǒng)、空氣凈化系統(tǒng)、大型回轉(zhuǎn)壓縮系統(tǒng)和成品儲(chǔ)存系統(tǒng)，相關(guān)的安裝工具主要有套筒、扳手等專業(yè)安裝工具及葫蘆、吊車等吊裝工具。傳統(tǒng)的安裝設(shè)備主要采用雙面成型的方法，但是不能適用于所有材料的設(shè)備，所以本文采用兩端微調(diào)法進(jìn)行安裝。兩端微調(diào)的安裝方法適用于所有材料的設(shè)備，并且它安裝成功的設(shè)備每個(gè)細(xì)節(jié)的精確度高，使用方便。下面研究采用兩端微調(diào)方法安裝設(shè)備的四大結(jié)構(gòu)[4]。

（1）主塔外形龐大，由管道、主熱交換器、塔內(nèi)的容器3個(gè)部分組成。在安裝之前要對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，以免在安裝過(guò)程中出現(xiàn)失誤和不必要的停工、更換零件。通過(guò)兩端微調(diào)方法安裝主塔，其中比較繁瑣的工序是塔內(nèi)管道的安裝。塔內(nèi)容器的安裝包括主熱箱和主冷箱兩部分，它們用于控制空分設(shè)備的質(zhì)量性能，所以十分關(guān)鍵。主熱箱和主冷箱的嚴(yán)密性十分重要，否則就會(huì)在氣體的提取過(guò)程中混入其他不明氣體，導(dǎo)致提取的氣體不純。所以，結(jié)構(gòu)的嚴(yán)密性是大型空分設(shè)備成功運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

本文通過(guò)借助式（1）對(duì)嚴(yán)密性進(jìn)行監(jiān)督：

式中 ΔI——大型空分設(shè)備系統(tǒng)中氣體的殘留率

P1——開(kāi)始時(shí)塔內(nèi)系統(tǒng)中氣體的絕對(duì)壓力

P2——結(jié)束時(shí)系統(tǒng)中氣體的絕對(duì)壓力

t1——開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)中氣體的溫度

t2——結(jié)束時(shí)系統(tǒng)中氣體的溫度

其中，容器中氣體的絕對(duì)壓力等于容器外部的壓強(qiáng)。

根據(jù)式（1），安裝成功后反復(fù)進(jìn)行設(shè)備的嚴(yán)密性計(jì)算，保證設(shè)備主塔的嚴(yán)密性。

（2）采用兩端微調(diào)方法安裝大型回轉(zhuǎn)壓縮系統(tǒng)時(shí)，主要是對(duì)電機(jī)、齒輪箱、壓縮機(jī)進(jìn)行協(xié)調(diào)安裝，它們的協(xié)調(diào)方向是調(diào)整中心點(diǎn)。安裝的主要過(guò)程是：先對(duì)馬達(dá)和增速機(jī)進(jìn)行定心處理，再調(diào)整三者之間的水平度，在水平調(diào)整后進(jìn)行對(duì)中調(diào)整馬達(dá)與齒輪箱的相對(duì)位置（圖1）。

（3）空氣凈化結(jié)構(gòu)需要吊裝處理，在這個(gè)過(guò)程中需要嚴(yán)格把握空氣凈化結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)連點(diǎn)的距離。準(zhǔn)備吊放后用專業(yè)手柄安裝頂絲和地腳螺栓，避免安裝過(guò)程中產(chǎn)生不明氣體，影響大型空分設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 大型回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)的水平調(diào)整示意

（4）成品儲(chǔ)存系統(tǒng)是存放空分設(shè)備提取的一些稀有氣體和惰性氣體，因?yàn)槊糠N氣體容易出現(xiàn)相互消耗的情況，所以存儲(chǔ)系統(tǒng)內(nèi)部有許多不同的小空間來(lái)進(jìn)行分開(kāi)存儲(chǔ)：將中間墊安裝在氮壓氣上，用螺栓固定、創(chuàng)造出許多空間，每一個(gè)空間內(nèi)需要進(jìn)行特定的封裝，避免氣體和設(shè)備的材料發(fā)生反應(yīng)而被消耗。

2 大型空分設(shè)備機(jī)械故障維修方法

大型空分設(shè)備的長(zhǎng)時(shí)間故障會(huì)給企業(yè)帶來(lái)巨大損失。發(fā)生故障時(shí)，要先記錄下故障時(shí)間、故障情況，只有將該設(shè)備的工作轉(zhuǎn)移到另一臺(tái)設(shè)備之后才可以進(jìn)行維修。面對(duì)大額的經(jīng)濟(jì)損失，高效的設(shè)備機(jī)械維修方法是科研技術(shù)人員一直研究的專題，所以本文對(duì)大型空分設(shè)備機(jī)械故障維修方法進(jìn)行研究。

通過(guò)以上對(duì)大型空分設(shè)備的四大組成結(jié)構(gòu)的分析以及安裝方法的研究，一方面可以有效提高設(shè)備對(duì)于空氣壓縮、分餾、制冷、制熱等性能，另一方面也為設(shè)備故障檢測(cè)以及維修奠定基礎(chǔ)。只有掌握了大型空分設(shè)備的工作原理和結(jié)構(gòu)，才可以根據(jù)故障進(jìn)行維修?？辗衷O(shè)備常見(jiàn)的機(jī)械故障主要有內(nèi)部零件變形和磨損、設(shè)備緊固零件和連接零件出現(xiàn)部分松動(dòng)、設(shè)備工作時(shí)發(fā)出很大的噪聲、設(shè)備出現(xiàn)漏油等，不同的故障應(yīng)分別采用不同的維修方法。

（1）內(nèi)部零件變形和磨損故障主要出現(xiàn)在設(shè)備齒輪、承重以及箱體相關(guān)的零件位置。因?yàn)榇笮涂辗衷O(shè)備在正常工作時(shí)，會(huì)消耗很大功率的電能，從而在運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)因?yàn)橐恍┨厥獾那闆r，導(dǎo)致部分零件發(fā)生變形和磨損。當(dāng)這種設(shè)備機(jī)械故障發(fā)生在空分設(shè)備的核心位置的時(shí)候，損壞零件不可以再重新修補(bǔ)，必須進(jìn)行替換，如果不替換進(jìn)行修復(fù)操作就會(huì)導(dǎo)致大型空分設(shè)備在維修后不長(zhǎng)時(shí)間就會(huì)出現(xiàn)二次故障。如果零件故障發(fā)生在設(shè)備外殼位置，就可以運(yùn)行焊截取法進(jìn)行維修。這個(gè)維修方法的工作原理是，通過(guò)焊接裁取相同材料的零件進(jìn)行焊接，盡量運(yùn)用碳成分低的材料作為補(bǔ)充材料進(jìn)行維修。在焊接過(guò)程中對(duì)于焊接技術(shù)有很高的要求，要保證連接處的精密度能夠?qū)崿F(xiàn) 0.8 mm的寬度，所以要靈活地調(diào)節(jié)不同層次的焊接溫度檔，保證焊接的效果。完成大型空分設(shè)備零件磨損的維修后，要在其表面噴上一層保護(hù)層，這個(gè)保護(hù)層主要是熱氮加工而成，將它噴到表面，將維修的地方進(jìn)行加固處理。

檢測(cè)空分設(shè)備是否為零件松動(dòng)或接觸故障的主要檢測(cè)方法是，在相關(guān)零件上綁一個(gè)鈴鐺，用一個(gè)小錘子敲打，如果設(shè)備的緊固零件和連接零件出現(xiàn)部分松動(dòng)，則敲打的聲音會(huì)變得比正常聲音低一些，如果聲音正常就不存在此故障。設(shè)備機(jī)械零件的松動(dòng)故障，維修方法是用專業(yè)的手鉗子進(jìn)行禁錮，禁錮力量不可以過(guò)大或過(guò)小，否則就會(huì)出現(xiàn)零件磨損或無(wú)法達(dá)到維修的效果。

（2）工作過(guò)程中出現(xiàn)的噪聲過(guò)大也是設(shè)備故障的一個(gè)表現(xiàn)，其主要原因是大型空分設(shè)備各個(gè)連接處不合，縮小故障范圍的方法是分別檢查設(shè)備運(yùn)行波紋連接處是否磨損。因?yàn)槊颗_(tái)大型空分設(shè)備每個(gè)結(jié)構(gòu)的連接處的縫隙規(guī)定在0.8 mm，所以主要的維修方法是將一個(gè)0.8 mm的條形鐵片插入空分設(shè)備機(jī)械故障點(diǎn)，如果存在空隙就證明該處的連接處不合，將導(dǎo)致設(shè)備發(fā)出噪聲。通常的維修方法是：采用焊接的方式對(duì)縫隙的寬窄進(jìn)行焊取，確定設(shè)備連接處中心軸線居中，保證大型空分設(shè)備工作時(shí)無(wú)噪聲。

（3）發(fā)生漏氣和漏油現(xiàn)象時(shí)，故障點(diǎn)一般是設(shè)備的內(nèi)部細(xì)縫。檢測(cè)方法及流程：先通過(guò)聽(tīng)、計(jì)算機(jī)識(shí)別聲音以及數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷；然后是用肥皂水，將肥皂水涂到檢測(cè)的故障點(diǎn)處，如果漏氣那么泡沫就會(huì)消失，否則泡沫持續(xù)1 min后再消失。如果空分設(shè)備出現(xiàn)無(wú)理由的漏油、漏氣情況，就要及時(shí)更換設(shè)備的相同型號(hào)的零件（如果型號(hào)不匹配，設(shè)備還會(huì)出現(xiàn)二次故障）。更換零件的同時(shí)還要更換設(shè)備各層次的墊片，并清理設(shè)備各個(gè)連接處的連接面，防止灰塵對(duì)設(shè)備造成影響。

3 實(shí)驗(yàn)分析

為了比較該維修方法與傳統(tǒng)維修方法的效果，本文進(jìn)行實(shí)對(duì)比驗(yàn)證。驗(yàn)證前進(jìn)行了預(yù)實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：①首先通過(guò)專業(yè)的機(jī)器選取兩臺(tái)相同型號(hào)且相同故障的大型空分設(shè)備實(shí)驗(yàn)機(jī)；②選取后分別連接到兩臺(tái)計(jì)算機(jī)，用來(lái)監(jiān)測(cè)兩種機(jī)械維修方法的維修進(jìn)程，兩名工作人員只需要記錄兩臺(tái)設(shè)備維修完成時(shí)間；③大型空分設(shè)備維修好后要再次進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)通過(guò)，則對(duì)維修后的大型空分設(shè)備進(jìn)行性能評(píng)估，檢測(cè)失敗則需要再次通過(guò)維修方法進(jìn)行維修，一直循環(huán)直到設(shè)備通過(guò)維修檢測(cè)，在檢測(cè)通過(guò)后計(jì)算機(jī)進(jìn)行空分設(shè)備性能指標(biāo)的評(píng)估；④根據(jù)最終完成的大型空分設(shè)備機(jī)械維修時(shí)間的長(zhǎng)短，與計(jì)算機(jī)評(píng)估維修好后的設(shè)備性能評(píng)估結(jié)果以6∶4的比例進(jìn)行最終效果評(píng)定（表1）。

表1 大型空分設(shè)備兩種維修方法的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表1可知，本文的機(jī)械維修方法效果優(yōu)于傳統(tǒng)的維修方法，可以讓維修后的大型空分設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)性能不亞于全新的空分設(shè)備。采用本文研究的基于焊接方法的機(jī)械維修方法，維修后設(shè)備的動(dòng)力效率高達(dá)99%，高于傳統(tǒng)的維修方法，這是因?yàn)樵摲椒ㄟ\(yùn)用兩段微調(diào)的方法對(duì)大型空分設(shè)備進(jìn)行安裝。兩段微調(diào)的安裝方法精確度高，可以避免一些誤差出現(xiàn)，減少設(shè)備零件之間的組裝誤差。另外，該方法的維修時(shí)間比傳統(tǒng)維修方法短，節(jié)省了約一半的時(shí)間。因此，本文所研究的方法優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械維修方法。

此外，本文還對(duì)空分設(shè)備的嚴(yán)密性進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)檫@與設(shè)備的性能有很大關(guān)系。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著工業(yè)時(shí)代的發(fā)展，大型空分設(shè)備的運(yùn)用領(lǐng)域更加廣泛，運(yùn)用周期也隨之增加。通過(guò)對(duì)空分設(shè)備的主塔、空氣凈化設(shè)備、大型回轉(zhuǎn)壓縮設(shè)備、成品儲(chǔ)存設(shè)備四大組成零件結(jié)構(gòu)和安裝的分析，更加清楚地了解大型空分設(shè)備的組成，為空分設(shè)備的故障維修奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了本文研究的大型空分設(shè)備機(jī)械維修方法優(yōu)于傳統(tǒng)的維修方法，采用該法維修后設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)都高達(dá)99%，體現(xiàn)了維修的價(jià)值。本文的研究，也可以為我國(guó)大型空分設(shè)備的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。