【压缩机网】前言
某炼化公司空压站其外资品牌离心式压缩机检修时，每次叶轮与齿轮轴的拆解会耗费大量时间。拆检时用煤油渗泡，用铜棒或聚四氟乙烯棒敲击叶轮振动，稍有操作不当，轻则造成叶轮叶片弯曲变形，叶轮或齿轮轴圆弧配合面的拉伤，运行时高速转子将产生动不平衡，引起机组振动，叶轮与齿轮轴返厂修复影响工期；重则叶轮与齿轮轴弯曲变形报废。
图4是在一次离心式压缩机压缩机计划检修时，拆检齿轮轴过程中，拆卸叶轮时出现叶轮与齿轮轴配合紧的情况。检修人员拆出叶轮紧固螺栓后，用煤油从螺栓孔喷进浸润，现场用铜棒沿轴向敲击齿轮轴端面，三元流叶轮后盖板贴在蜗壳平面，边振动敲击边喷煤油，近一天时间后将叶轮拆出，但随后没有检查敲击齿轮轴造成的影响，只检查了齿轮轴与叶轮配合处的拉痕，发现没有出现明显沟槽，回装时没有检查齿轮轴的轴弯曲。在回装叶轮扩压器时，叶轮与扩压器弧面间隙有偏置现象，并没有引起足够重视，只是重新调整了扩压器与叶轮弧面间隙。开机运行1天后，出现振动大联锁停机。再次解体拆检，发现齿轮轴与密封部位摩擦，叶轮与扩压器摩擦，整体转子报废，扩压器报废，气封、油封轴瓦等总成报废，损失约60万元。
此次离心式压缩机故障，给维护检修人员带来很大的检修心理障碍，检修人员不愿拆解叶轮。
二、不规范拆装导致转子损坏问题分析
离心式压缩机叶轮与齿轮轴配合一般有两种：过盈配合和间隙配合。设计成过盈配合，厂家一般会在机组说明里要求需热装或液压工具推进的技术条件，因此需配置一整套专用工具，现场拆检时需多人配合。对于机组本身，设计成过盈装配，各部件会更加复杂，现场问题往往会出现破坏性拆解，检修也存在不可控因素。而设计成间隙配合装配的厂家，往往没有拆解专用工具。因为是间隙配合，常规认为拆装过程中不磕碰到叶轮，通过敲击振动便可将叶轮从齿轮轴上拆下。但高速转子在经过一定的运行周期后，机组现场并不会很轻松的被拆下，无论是因空气中的细小粉尘积垢镶嵌装配间隙之中，还是部件装配面产生的轻微腐蚀，还是连接应力，都会使现场拆装变的难度与风险加大。
尽管该离心式压缩机设计为斜齿传动，斜齿轮啮合性能好，重合度大，传动精度高，传动平稳，噪音小。但在斜齿轮传动中，作用于齿面上的法向载荷Fn仍垂直于齿面。如图5所示，作用于主动轮上的Fn位于法面Pabc内，与节圆柱的切面Pa′ae倾斜一法向啮合角αn，将Fn分解为径向力Fr和法向分力F′，再将F′分解为圆周力Ft和轴向力Fa。法向力Fn分解为三个互相垂直的空间分力。
圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同；轴向力Fa的方向按主动轮的螺旋线方向和转向，用左右手螺旋定则来确定。主动轮右旋，用右手；左旋，用左手。四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，其拇指所指方向即为主动轮上轴向力Fa1的方向；从动轮的轴向力Fa2与主动轮上轴向力Fa1方向相反。
通过受力分析，我们了解了斜齿轮在啮合时会产生三个方向上的分力，所以在检修拆解叶轮与齿轮轴的联结时同样遇到。如下图8所示：
常规拆检过程描述：
拆卸叶轮前，用专用螺栓将大齿轮固定（大齿轮轮盘加工有对称180°两个锁紧固定螺纹孔），将齿轮轴的推力联合径向轴承端拆除。转子只留下叶轮与齿轮轴。可以自由轴向滑动，滑动空间限于叶轮后盖板与蜗壳，齿轮轴与蜗壳之间的总间隙。因大齿轮已被锁死，用规定力矩拆下叶轮锁紧螺栓，旋入专用拆卸螺栓，将叶轮后盖板推靠在蜗壳平面上，用铜棒垫在专用螺栓端面上，施加锤击力F，使齿轮轴沿轴向移动，从而使叶轮与齿轮轴配合脱开。但这种方法往往会产生一些不良后果：
⑴越敲击叶轮与齿轮轴配合越紧；
⑵叶轮拆下后，配合面会有拉毛现象；
⑶叶轮拆下后，齿轮轴扭曲，或配合内孔处严重拉毛；
⑷叶轮拆下后，叶轮配合处扭曲变形。
分析常规拆卸方法的过程，会发现一些问题：前面我们对斜齿齿轮传动受力已作分析，齿轮与齿轮啮合将产生三个方向的力。现场操作，将大齿轮固定，叶轮后盖板贴在蜗壳平面上。当施加力F敲击专用拆解螺栓时，叶轮会随着力F，F越大叶轮与蜗壳贴的越紧，而齿轮轴会将力F传递给大齿轮，而这个力终将分解为圆周力和轴向力作用于大齿轮。大齿轮轴轮盘因固定螺栓已被紧固不动不会旋转，转子齿轮轴因反作用力将会有旋转产生，但齿轮轴上的叶轮已经紧紧贴在蜗壳平面上，这将会产生一个现象：在力F作用下，齿轮轴要旋转的轴向移动，而叶轮是被紧紧贴在蜗壳平面上，不能旋转。但叶轮和齿轮轴是配合在一起，最终使叶轮和齿轮轴产生一个扭转力，F越大，瞬间敲击导致叶轮和齿轮轴配合面的瞬间扭转力越大，但叶轮与蜗壳平面的摩擦力越大，叶轮越静止，但两者还要轴向分离，这将导致两者配合面的拉毛拉伤，扭转力将使强度弱的一方出现扭转变形。这是常规拆卸导致叶轮或齿轮轴出问题的根源所在。无论大齿轮固定与否，小齿轮轴和大齿轮啮合在一起总是受力要旋转。这是斜齿轮传动的特点。
三、拆卸方法的优化改进
基于此，设计制作了一套专用拆装工具，用于解决三元流叶轮拆解问题，从而加强检修质量，提高检修效率，降低劳动强度与检修成本风险。
本实用工具是利用三元流叶轮与齿轮轴的装配紧固螺纹，加工一个与叶轮紧固螺栓相同螺纹的顶杆1，用扭力光杆4插入顶杆1的小孔中。将顶杆1穿入叶轮孔，旋入齿轮轴，取下扭力光杆。将转接头2外螺纹端旋入装入叶轮的保护塞内螺纹中，用顶杆2旋入转接头中，旋合顶杆2的六方端，可以将叶轮从齿轮轴上受力均匀，沿轴向，且顶杆1具有导向杆功能，使叶轮从齿轮轴上完好拆出。顶杆1的螺纹取决于叶轮原装紧固螺纹大小。转接头2的外螺纹取决于叶轮的保护螺塞螺纹。
1.附图说明
图10为离心式压缩机叶轮与齿轮轴的装配简图：
以下图为拆装工具各部件图，该拆装工具分为四件：
2.具体实施方式
在离心式压缩机叶轮拆检检修时，将叶轮紧固螺栓拆除后，将件1顶杆旋入叶轮紧固螺栓孔内，用扭力光杆件4插入件1尾部4mm孔，将件1顶杆旋紧，拆下扭力光杆。这时顶杆1将露出叶轮端面50mm，将转接头件2中心孔穿入件1，两者有间隙0.2mm，起导向作用，将转接头外螺纹端旋入叶轮保护塞螺纹上，旋到底且旋紧。将件3顶杆旋进转接头件2中，逐步旋转顶杆3，当螺纹旋合10mm时，顶杆1和顶杆2的同直径部位开始接触受力，开始旋转顶杆2的六方螺母，直至叶轮被顶出与齿轮轴的配合圆柱弧面。此法操作简单，受力集中均匀，不用敲击叶轮，不损伤叶轮，消除了齿轮轴的轴向移动，不会使齿轮轴与大齿轮轴有受力产生，解决了小齿轮轴斜齿啮合的旋转问题，消除了拆检叶轮与小齿轮轴配合面的旋转扭转风险，检修时间从不可控（有时可以拆3天）到30分钟，叶轮与齿轮轴配合面不再有拉伤拉毛扭转变形问题的产生。
组件安装次序图：
本拆装工具组件中件1、件2、件3已依据机组叶轮螺纹直径及齿轮轴内螺纹直径不同，做出成套不同螺纹直径系列，用于满足不同机组型号，不同厂家的螺纹系列。
参考文献
1.成大先，《机械设计手册(第五版)第3卷》，化学工业出版社，2008.1
2.任晓善，《化工机械维修手册，》化学工业出版社，2003.12
3.徐少明、金光熹，《空气压缩机实用技术》，机械工业出版社，1994.4
来源：本站原创
【压缩机网】前言
某炼化公司空压站其外资品牌离心式压缩机检修时，每次叶轮与齿轮轴的拆解会耗费大量时间。拆检时用煤油渗泡，用铜棒或聚四氟乙烯棒敲击叶轮振动，稍有操作不当，轻则造成叶轮叶片弯曲变形，叶轮或齿轮轴圆弧配合面的拉伤，运行时高速转子将产生动不平衡，引起机组振动，叶轮与齿轮轴返厂修复影响工期；重则叶轮与齿轮轴弯曲变形报废。
图4是在一次离心式压缩机压缩机计划检修时，拆检齿轮轴过程中，拆卸叶轮时出现叶轮与齿轮轴配合紧的情况。检修人员拆出叶轮紧固螺栓后，用煤油从螺栓孔喷进浸润，现场用铜棒沿轴向敲击齿轮轴端面，三元流叶轮后盖板贴在蜗壳平面，边振动敲击边喷煤油，近一天时间后将叶轮拆出，但随后没有检查敲击齿轮轴造成的影响，只检查了齿轮轴与叶轮配合处的拉痕，发现没有出现明显沟槽，回装时没有检查齿轮轴的轴弯曲。在回装叶轮扩压器时，叶轮与扩压器弧面间隙有偏置现象，并没有引起足够重视，只是重新调整了扩压器与叶轮弧面间隙。开机运行1天后，出现振动大联锁停机。再次解体拆检，发现齿轮轴与密封部位摩擦，叶轮与扩压器摩擦，整体转子报废，扩压器报废，气封、油封轴瓦等总成报废，损失约60万元。
此次离心式压缩机故障，给维护检修人员带来很大的检修心理障碍，检修人员不愿拆解叶轮。
二、不规范拆装导致转子损坏问题分析
离心式压缩机叶轮与齿轮轴配合一般有两种：过盈配合和间隙配合。设计成过盈配合，厂家一般会在机组说明里要求需热装或液压工具推进的技术条件，因此需配置一整套专用工具，现场拆检时需多人配合。对于机组本身，设计成过盈装配，各部件会更加复杂，现场问题往往会出现破坏性拆解，检修也存在不可控因素。而设计成间隙配合装配的厂家，往往没有拆解专用工具。因为是间隙配合，常规认为拆装过程中不磕碰到叶轮，通过敲击振动便可将叶轮从齿轮轴上拆下。但高速转子在经过一定的运行周期后，机组现场并不会很轻松的被拆下，无论是因空气中的细小粉尘积垢镶嵌装配间隙之中，还是部件装配面产生的轻微腐蚀，还是连接应力，都会使现场拆装变的难度与风险加大。
尽管该离心式压缩机设计为斜齿传动，斜齿轮啮合性能好，重合度大，传动精度高，传动平稳，噪音小。但在斜齿轮传动中，作用于齿面上的法向载荷Fn仍垂直于齿面。如图5所示，作用于主动轮上的Fn位于法面Pabc内，与节圆柱的切面Pa′ae倾斜一法向啮合角αn，将Fn分解为径向力Fr和法向分力F′，再将F′分解为圆周力Ft和轴向力Fa。法向力Fn分解为三个互相垂直的空间分力。
圆周力Ft的方向在主动轮上与运动方向相反，在从动轮上与运动方向相同；轴向力Fa的方向按主动轮的螺旋线方向和转向，用左右手螺旋定则来确定。主动轮右旋，用右手；左旋，用左手。四指弯曲方向表示主动轮的回转方向，其拇指所指方向即为主动轮上轴向力Fa1的方向；从动轮的轴向力Fa2与主动轮上轴向力Fa1方向相反。
通过受力分析，我们了解了斜齿轮在啮合时会产生三个方向上的分力，所以在检修拆解叶轮与齿轮轴的联结时同样遇到。如下图8所示：
常规拆检过程描述：
拆卸叶轮前，用专用螺栓将大齿轮固定（大齿轮轮盘加工有对称180°两个锁紧固定螺纹孔），将齿轮轴的推力联合径向轴承端拆除。转子只留下叶轮与齿轮轴。可以自由轴向滑动，滑动空间限于叶轮后盖板与蜗壳，齿轮轴与蜗壳之间的总间隙。因大齿轮已被锁死，用规定力矩拆下叶轮锁紧螺栓，旋入专用拆卸螺栓，将叶轮后盖板推靠在蜗壳平面上，用铜棒垫在专用螺栓端面上，施加锤击力F，使齿轮轴沿轴向移动，从而使叶轮与齿轮轴配合脱开。但这种方法往往会产生一些不良后果：
⑴越敲击叶轮与齿轮轴配合越紧；
⑵叶轮拆下后，配合面会有拉毛现象；
⑶叶轮拆下后，齿轮轴扭曲，或配合内孔处严重拉毛；
⑷叶轮拆下后，叶轮配合处扭曲变形。
分析常规拆卸方法的过程，会发现一些问题：前面我们对斜齿齿轮传动受力已作分析，齿轮与齿轮啮合将产生三个方向的力。现场操作，将大齿轮固定，叶轮后盖板贴在蜗壳平面上。当施加力F敲击专用拆解螺栓时，叶轮会随着力F，F越大叶轮与蜗壳贴的越紧，而齿轮轴会将力F传递给大齿轮，而这个力终将分解为圆周力和轴向力作用于大齿轮。大齿轮轴轮盘因固定螺栓已被紧固不动不会旋转，转子齿轮轴因反作用力将会有旋转产生，但齿轮轴上的叶轮已经紧紧贴在蜗壳平面上，这将会产生一个现象：在力F作用下，齿轮轴要旋转的轴向移动，而叶轮是被紧紧贴在蜗壳平面上，不能旋转。但叶轮和齿轮轴是配合在一起，最终使叶轮和齿轮轴产生一个扭转力，F越大，瞬间敲击导致叶轮和齿轮轴配合面的瞬间扭转力越大，但叶轮与蜗壳平面的摩擦力越大，叶轮越静止，但两者还要轴向分离，这将导致两者配合面的拉毛拉伤，扭转力将使强度弱的一方出现扭转变形。这是常规拆卸导致叶轮或齿轮轴出问题的根源所在。无论大齿轮固定与否，小齿轮轴和大齿轮啮合在一起总是受力要旋转。这是斜齿轮传动的特点。
三、拆卸方法的优化改进
基于此，设计制作了一套专用拆装工具，用于解决三元流叶轮拆解问题，从而加强检修质量，提高检修效率，降低劳动强度与检修成本风险。
本实用工具是利用三元流叶轮与齿轮轴的装配紧固螺纹，加工一个与叶轮紧固螺栓相同螺纹的顶杆1，用扭力光杆4插入顶杆1的小孔中。将顶杆1穿入叶轮孔，旋入齿轮轴，取下扭力光杆。将转接头2外螺纹端旋入装入叶轮的保护塞内螺纹中，用顶杆2旋入转接头中，旋合顶杆2的六方端，可以将叶轮从齿轮轴上受力均匀，沿轴向，且顶杆1具有导向杆功能，使叶轮从齿轮轴上完好拆出。顶杆1的螺纹取决于叶轮原装紧固螺纹大小。转接头2的外螺纹取决于叶轮的保护螺塞螺纹。
1.附图说明
图10为离心式压缩机叶轮与齿轮轴的装配简图：
以下图为拆装工具各部件图，该拆装工具分为四件：
2.具体实施方式
在离心式压缩机叶轮拆检检修时，将叶轮紧固螺栓拆除后，将件1顶杆旋入叶轮紧固螺栓孔内，用扭力光杆件4插入件1尾部4mm孔，将件1顶杆旋紧，拆下扭力光杆。这时顶杆1将露出叶轮端面50mm，将转接头件2中心孔穿入件1，两者有间隙0.2mm，起导向作用，将转接头外螺纹端旋入叶轮保护塞螺纹上，旋到底且旋紧。将件3顶杆旋进转接头件2中，逐步旋转顶杆3，当螺纹旋合10mm时，顶杆1和顶杆2的同直径部位开始接触受力，开始旋转顶杆2的六方螺母，直至叶轮被顶出与齿轮轴的配合圆柱弧面。此法操作简单，受力集中均匀，不用敲击叶轮，不损伤叶轮，消除了齿轮轴的轴向移动，不会使齿轮轴与大齿轮轴有受力产生，解决了小齿轮轴斜齿啮合的旋转问题，消除了拆检叶轮与小齿轮轴配合面的旋转扭转风险，检修时间从不可控（有时可以拆3天）到30分钟，叶轮与齿轮轴配合面不再有拉伤拉毛扭转变形问题的产生。
组件安装次序图：
本拆装工具组件中件1、件2、件3已依据机组叶轮螺纹直径及齿轮轴内螺纹直径不同，做出成套不同螺纹直径系列，用于满足不同机组型号，不同厂家的螺纹系列。
参考文献
1.成大先，《机械设计手册(第五版)第3卷》，化学工业出版社，2008.1
2.任晓善，《化工机械维修手册，》化学工业出版社，2003.12
3.徐少明、金光熹，《空气压缩机实用技术》，机械工业出版社，1994.4
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