日立公司制作的透平膨胀机的国产化改造

　　摘　要：河南平顶山市中国神马帘子布集团公司两套日立公司制作的透平膨胀机，在使用的过程中有时会出现故障，从国外进口备件不仅价格昂贵，而且周期很长。前几年透平机曾几次卡机，公司请了多家专业生产厂家进行修复，未能从根本上解决问题。长期以来机器带病工作，有时会严重影响公司正常生产。鉴于上述情况，决定对该设备的透平膨胀机进行彻底的国产化技术改造。从运行实况表明，自行设计改造的透平膨胀机，不仅结构紧凑合理、装拆方便，而且运行性能超过原日本制作的透平膨胀机。
　　主题词：空分设备；透平膨胀机；国产化改造
　　1　进口设备概况
　　中国神马帘子布集团公司从日本引进两套八十年代制作的IM-8233型100Nm³/h高纯氮空分设备，在使用过程中，空压机、纯化器、分馏塔等设备都很正常，唯有透平机关键主机会出现故障。由于该机结构复杂，零部件加工精度很高，装配和安装调试要求也极其苛刻。
　　如机芯装配时，装配误差不得超过2μm。即转子与轴承的气膜间隙在0°，90°，180°，270°各个方向位置上间隙都要控制在8~20μm的范围内。而且通轴承气后，用万能量表测定转子与轴承不能有微量通电现象。公司对维修人员虽经短期培训，还是难以掌握。透平机一旦发现故障，工作非常被动。公司停工停产造成数十万元乃至数百万元的经济损失，在客观上成为公司的老大难问题。
　　2　国产化技术改造之一——结构设计
　　结构设计是决定机器性能的重要组成部分。本次技术改造，在保持工况参数不变的情况下，对透平机的心脏部位重新进行设计， 即改刚性结构（见图1）为柔性结构（见图2），并将原来的分体结构（见图3）改为现在的整体结构（见图4）。这样不仅机器结构紧凑，零部件数量大幅度减少，互换性好，装拆方便，而且使转子在高速运转中稳定可靠。实验说明，柔性结构能抑制涡动，提高临界转速区域，具有自动调节间隙的作用。
　　主轴的结构也做了如下变动：把轴向止推面分开（见图5和图6），使径向支承点距离拉大，提高了轴承的承载能力，同时使其轴承排气畅通，在高速下对气体摩擦温度扩散也极为有利。
　　3　国产化技术改造之二——工艺设计
　　原日本产透平机的主轴与轴承均用表面处理工艺以提高零部件表面耐磨性，其硬度约为HV1200°。但在高速运转中如发生局部机械摩擦，则还是逃脱不了卡机抱死的命运。针对上述情况，我们应用了当前高新技术，在主轴表面爆炸喷涂了一层摩擦系数极小、硬度很高的特种陶瓷。轴承则采用有自润滑作用的软金属。经反复试验，在瞬时断供轴承气的情况下也不会卡机抱死。实践证明该工艺具有强大的生命力，它也为其它设备的更新换代奠定了坚实的基础。
　　4　效果分析
　　经一年来的运转情况证明，该透平机操作自如，不娇气，免去了日常维修，确保了设备工况的稳定性。不仅操作者能放心大胆地工作，而且管理人员也从精神上得到解放了。确实为本公司解决了长期以来存在的老大难问题，其经济效益也非常可观。
　　结构示意图1-6。