軸流壓縮機振動異常的分析與處理

趙訓躍

一、概述

主風—能量回收機組是催化裂化裝置的核心設備，某裝置的主風—能量回收機組由煙氣輪機、軸流壓縮機、高速齒輪箱和電機/發電機組成。其作用是：由煙氣輪機和電機/發電機共同驅動軸流壓縮機將空氣壓縮到0.32MPa，經過輔助燃燒室，進入再生器，供流化態的待生催化劑燒焦再生。同時，再生器中燒焦產生的高溫煙氣通過煙氣輪機膨脹做功，將煙氣中的熱能和壓力能轉化為機械能，成為煙氣輪機的輸出的動力。

機組主要參數見表1。機組軸系及測點布置如圖1。煙機與壓縮機之間和壓縮機與高速齒輪箱之間采用膜片式聯軸器連接，高速齒輪箱與電機/發電機之間為鼓型齒式聯軸器。

表1 機組主要參數

二、故障現象及分析

1.故障現象

2005年4月，對煙氣輪機進行了擴能改造后，機組振動正常。其中主風機低壓側XI02AB振動的幅值在15μm左右，到同年9月達到50μm。以后一直比較平穩。到12月5日出現較大幅度波動，幅度達92μm以上。并伴隨低壓側氣封有較大的油泄漏。在現場用聽診棒聽到壓縮機與齒輪箱間聯軸器內部有間歇沖擊聲。XI02AB振動幅度變化如圖2，此為MD3905網絡化大機組在線監測系統采集的數據。表2所列為現場測得的機殼振動值。

表2 機殼振動值 mm/s

2.故障分析

在BENTLY3300表上監測到軸流壓縮機的XI02AB達到報警之后，即刻用手持測振儀VM63測量該部位軸承箱外殼的水平、垂直和軸向振動，沒有明顯變化，初步判斷為振動探頭受到干擾。即刻檢查振動測量系統，前置放大器、探頭到放大器之間的引線，沒有發現問題。將探頭以后的引線及前置放大器部分進行AB兩只互換，發現現象能夠重復。最后用示波器監測XI02AB探頭的信號，確實存在較大的交流信號。從多種檢查手段證明，探頭確實檢測到了較大的振動信號。一旦壓縮機由于振動超標而損壞，將給企業帶來巨大的損失。

引起旋轉機械振動故障原因可分為10類[3]，分別為：①轉子自身。包括轉子質量偏心、軸彎曲、軸裂紋、軸彎曲剛度不對稱、轉子內摩擦、轉子內部積液、轉子上部件掄動、浮環失浮（卡?。＂谳S系。包括對中不良、徑向軸承偏心、聯軸節問題、軸系動不平衡。③支承系統。包括支承松動、問隙激振（軸瓦與軸承預緊力不足）、徑向軸承損傷、可傾瓦錯位、徑向軸承間隙過大、油膜渦動、油膜振蕩。④電磁力。包括電機轉子斷條、定子短路、軸磁化。⑤碰摩。包括徑向碰摩、軸向局部碰摩、干渦動。⑥流體動力激振。包括偏隙引起激振、透平不均勻進汽、隔板傾斜、喘振、旋轉失速、氣蝕、葉片激振、油封受激振動。⑦臨界轉速。包括轉子、軸承系統臨界轉速、懸臂臨界轉速、聯軸節臨界轉速。⑧共振。包括諧波共振、結構共振。⑨部件。包括齒輪（偏心、齒損傷等）、滾動軸承、皮帶。⑩其他。包括壓力脈動、閥門激振、外界振源干擾。

由于XI02AB測量的是壓縮機吸氣側軸承振動，機組在正常工況運行，故可以不考慮上述④、⑥、⑦、⑨ 4種原因。

應用MD3905網絡化大機組在線監測系統對機組進行進一步分析，以找到引起XI02AB振動快速達到報警值的原因。圖3為探頭的間隙電壓，圖4為探頭測到的轉子的相位，圖5為XI02A的各分頻之間關系圖，圖6、圖7為XI02AB的頻譜圖，圖8為XI02AB的軸心軌跡。

從各圖形中可以看到：探頭的間隙電壓沒有變化，探頭不存在明顯松動；轉子的相位沒有改變；XI02AB的頻譜上除XI02A存在1.35×外，基本只有1×，其通頻的軸心軌跡，重復性尚可，也沒有出現明顯尖點或對中不良痕跡；從圖5的XI02A分頻上看，似乎只有峰峰值增大，各分頻基本不變，后用CSI2115采集機殼振動，發現其不存在1.35×頻率成分。再結合表1用VM63測量的數據變化，可以基本確定前述①、②、③、⑤、⑧不是引起XI012AB報警的原因，也就是XI012AB振動值大的原因排除了是文獻[3]中前9種情況造成的。以上分析表明故障不在軸流壓縮機的轉子上，也不在軸承、氣封上，壓縮機的運行工況正常。機組沒有做停車處理。

仔細檢查現場，查閱以前的操作記錄和檢修記錄。發現存在一些區別：壓縮機與齒輪箱間聯軸器內的沖擊聲為間歇性的，比以前頻率大，差不多每分鐘有一次，這種沖擊聲極像潤滑油被高速甩出，擊到聯軸器罩殼上的聲音。罩殼上溫度為60℃左右，而與之較近的推力軸承溫度才有52℃。壓縮機軸承（XI02AB處）的油封突然開始往外冒油，該處聯軸器原來是鼓型齒式，內外齒輪嚙合處有噴管進行噴油潤滑，后來改為膜片式聯軸器后，聯軸器不需要潤滑，因此聯軸器罩殼下面的回油孔已經封閉，回油管已經拆除，這樣其中的潤滑油也無法正常流走。

圖9所示為壓縮機低壓側軸承結構，XI02AB測點位于推力軸承與支承軸承之間的軸頸上。因此認為，可能是由于壓縮機低壓側軸承進油壓力大，進油量過大，或者齒輪箱油封向聯軸器罩殼中泄漏較大，導致聯軸器罩殼和軸承箱中集油過多，從而引起潤滑油從迷宮密封處溢出，由聯軸器攪動潤滑油高速甩向罩殼和測振探頭，引起探頭采集的振動值大，及罩殼上的沖擊聲較大。

三、處理措施

根據以上分析，拆開聯軸器罩殼下的回油孔，重新安裝好回油管。發現其回油量的確比較大，同時其振動也下降，沖擊聲的頻率也變小。XI02AB的振動回到70μm以內，但壓縮機XI02AB處油封漏油的問題沒有改善。同時根據推力軸承溫度變化情況，經緩慢調小推力軸承進油壓力，將進油壓力由0.23MPa調到0.13MPa，XI02AB振動恢復正常，聯軸器罩內間歇沖擊聲消除，聯軸器回油幾乎為零。

四、結語

通過對XI02AB測點振動異常處理的分析和實踐，可以得出結論：過高的推力軸承油壓與過大的潤滑油量是造成壓縮機XI02AB測點振動異常的原因。由此可以總結以下經驗：

（1）大機組的日常管理維護，對運行參數的積累和現場情況的觀察十分重要，一些細微的變化，往往為故障診斷故障提供重大幫助；

（2）在故障診斷中，綜合應用在線監測分析系統和手持分析系統，比較其中的差別，也能為診斷提供一個思路。

（3）軸承進油壓力并非越高越好。對于機組的潤滑油壓，要結合機組設計數據，依據現場實際進行有效調整優化。進油壓力過低，軸承得不到良好潤滑，將導致軸承溫度高，嚴重者導致軸承故障；軸承壓力過高，可能導致上面所述故障，增加機組的能耗，且很容易造成潤滑油泵供油能力不足的假相。

1 蘇杭.機械設備狀態監測與故障診斷.機械工業出版社，1995

2 廖伯瑜.機械故障診斷基礎.冶金工業出版社，1994

3 高金吉.旋轉機械振動故障原因及識別特征研究.振動 測試與診斷，1995，15（3）

W10.02-26