金屬材料膨脹系數對壓縮機振動的影響

郭 歡，李小東

沈陽鼓風集團有限公司，遼寧 沈陽 110869

一臺MCL1105-2型壓縮機機組在并網試車安全運轉3～5月后出現出口端的支撐軸承因瓦溫過高而報警停車。對軸承拆檢后發現支撐側軸承瓦塊烏金層研傷或燒壞脫落，對應軸頸出現輕微毛刺。經過分析，最后找到發生研瓦的原因。

一、溫度對氣體管路的影響

1.溫度對金屬材料應力的影響

發生軸瓦研磨現象首先對現場靠近機組風口的進出口管路直線段進行檢查，懷疑氣管存在殘余應力，在溫度升高的情況下傳到機組機殼上，使軸承支撐變形。經過對現場管路及法蘭的調整，沒有發現管路有變形。

2.氣體溫度對管路的影響

在整個機組運轉的過程中，壓縮氣體會對管路造成沖擊，尤其是在管路彎道處、孔板、文丘里處最易出現波動。但該機組在現場試車中沒有發生管路波動現象。

3.溫度對管路的影響

機組進、出氣管路因氣體溫度的升高可導致管路膨脹及產生線性應力，如果在機組結構設計、工程施工上處理不好，將影響機組運轉的穩定性。

二、溫度對機殼的影響

從壓縮機結構來看，機組的4個支撐爪和定位鍵是保證機組穩定運行的部件之一，它使機組受溫度的影響時，釋放金屬線性膨脹量和減少機殼徑向應力的作用。因此，機殼4個支撐爪的調整墊預留間隙是否合理、風口軸向定位鍵的竄動量是否合理至關重要。

該機組在印度用戶現場就因為機殼4個支撐爪調整墊預留間隙不合理而導致機組在氣體溫度達到230℃左右，機殼出口側的線性膨脹量增加，機殼徑向應力無法釋放，導致軸承徑向擠壓變形。針對這個問題與軸流壓縮機作對比，出口溫度都是230℃，軸流壓縮機出口側支撐爪預留1mm間隙，而壓縮機機組只預留0.02～0.05mm，軸流壓縮機工作正常。因此，造成軸承研瓦的原因找到了。將壓縮機支撐爪墊片出口側間隙調整到0.7mm，進口側調整到0.2mm。再次開車正常運轉，通過近90天運轉試驗，用戶反饋機組運行正常。

三、溫度對軸承的影響

監測軸承的溫度值是判斷機組轉子是否處在正常范圍運轉的主要參數，特別是支撐軸徑比的數值是決定轉子運轉穩定性的關鍵參數，它涉及到轉子的總質量、轉數、一階轉數、二階轉數等參數的確定，同時還要考慮與其相關聯的參數。

軸承載荷特性數?p=(PmΨ2)/μω=(PΨ2)/(2μ υL)

式中：Ψ=δ/d——軸承的相對間隙；

μ——潤滑油動力粘性系數；

υ——軸頸的圓周速度；

ω——軸的旋轉角速度，ω=2υ/d。

軸頸的外負荷P=PmLd

式中：Pm——軸承的比壓；

L——軸承的長度；

d——軸頸的直徑。

該機組轉子經過計算確定這個比值為0.555，它可以保證轉子軸的撓性度最小。而該機組也經過計算軸承與軸的相對間隙為0.27mm。

1.溫度對軸承間隙及過盈、接觸面積的影響值

情況經檢查，軸承的過盈值為0.02mm，接觸面達75%以上，均正常，也符合設計要求。

2.溫度對軸承油膜的影響

軸承潤滑進油溫度對轉子的振動有著直接影響，控制好潤滑油溫度是可以避免軸承產生油膜激振的。當油溫升高時，潤滑油黏度降低，油膜變薄，油膜剛度減弱；當油溫降低時，潤滑油黏度增強，油膜變厚，油膜剛度增強。還有軸承間隙的選擇直接關系到軸承潤滑效果，它的選擇通常是以軸的直徑大小而決定的，即軸承間隙是否在1.25‰～2‰范圍內，不是一個固定的比例標準。所以針對此臺產品的支撐軸承直徑?180mm，選擇軸承間隙比值為1.5‰，其間隙在軸承與軸的相對間隙為0.27mm。

該產品在用戶現場通過對進油潤滑油溫度的調節（降低和升高），并采用現場移動頻譜儀進行測量振動值，沒有發現因進油潤滑油溫度的改變而影響機組的振動值變化，振動值為支撐側V1=18.6μm，V2=15.4μm；推力測V1=21.6μm，V2=17.4μm。在4個探頭主頻f=94.6Hz兩側沒有雜頻，在出口端（支撐側）0.5主頻處幅值只有1.8～3.2μm波動，處于合格范圍。

機組內的氣體溫度從入口時的40℃經過5級葉輪的壓縮、膨脹，再壓縮、再膨脹，使氣體溫度達到240℃。氣體溫度的增高導致機殼進出氣口溫差大，使機殼體軸向和徑向發生線性膨脹。尤其是機殼出口徑向膨脹量最大，導致機殼無法徑向釋放，使機殼軸承區域發生變形，軸承體受到擠壓而影響可傾瓦塊偏離原始設計的軸心軌跡。導致實際轉子的運動軌跡呈近似于垂直形的橢圓形軌跡，這時轉子在機組內的氣體壓力的作用下，轉子軸徑的切向力方向發生改變，同時作用在軸承瓦塊上的力位置也發生改變，由瓦塊的偏出口側移到入口側，從而導致瓦塊進油量不足，油膜形成不好而使瓦塊研傷、燒瓦。

四、氣體溫度對轉子動平衡及軸上的配合件影響

對于此機組，通過試驗各項指標均滿足API技術要求。從頻譜和拆檢轉子上各配套件表面沒有發現有摩擦痕跡，進一步證明軸承的研傷與轉子的設計、制造精度無關。

五、氣體溫度對機組找正的影響

經過對該產品部件的相關資料查找，了解其安裝、找正的參數。對此機組的現場各項檢查，均符合相關要求，沒有發現異常。

六、結語

發生本臺機組研傷軸承鎢金、燒瓦的主要原因是受該機組氣體介質出口溫度過高。導致將該溫度傳遞到支撐軸承定位的機殼上，使該定位處產生線性膨脹，致使支撐軸承體受到擠壓變形，同時支撐軸承瓦塊內原軸心軌跡形線發生改變是導致多次研傷軸承鎢金、燒瓦的主要原因。解決方法是將原支撐側機殼兩側的貓抓把合螺栓與墊圈端面之間配合間隙由0.02～0.05mm增加到0.5～0.7mm。使機殼產生的線性膨脹能夠充分釋放，從而避免此類事故的再次發生。機組再次試車運轉經過72h保運和用戶目前近10個月的運轉均正常。