5CⅡ-C250MX3空壓機振動故障分析及處理

牛文合

（獨山子石化公司設備檢修公司，新疆 獨山子 833699）

1 機組簡介

1#、2#兩臺空壓機為某石化廠保障全廠用氣關鍵機組，型號為5CⅡ C250MX3，流量40000Nm3/hr，進氣壓力0.82bar，出口壓力6.1bar，電流440A，功率3858kW。為齒輪式多軸壓縮機，由電動機通過聯軸器直接驅動增速機的大斜齒輪，三根單齒輪軸、單葉輪形式的轉子呈正三角形分布在增速機的主動齒輪圓周面上，經增速后一級轉子可達到12000r/min。一級水平軸、垂直軸振動報警值為33μm，聯鎖值為38μm。

2 故障現象

2006年10月安裝完畢交付使用后，1#、2#空壓機一級振動值為21～24μm。在以后的間歇斷續運行當中，先后出現由于電網、管網異常波動，定位器故障、儀表不正常等問題，造成空壓機非計劃停機，振動值逐步上升。2#空壓機從2008年10月份連續運行3個月，一級振動值就從22μm上升到35μm。

（1） 2#空壓機在2007年9月29日，實際運行了不到2個月，由于電網晃電，一級振動值波動，水平軸、垂直軸方向最大振動值為44μm和39μm，機組連鎖跳車。再次開機后，水平方向振動值為32～35μm。通過狀態監測分析，轉子動平衡受到破壞。

（2）1#空壓機組自從2007年4月～2008年7月間歇斷續運行，累計運行約10個月。通過狀態監測發現，一級轉子垂直方向振動值為25μm；三級轉子振動值由15.74μm逐步上升至25.2μm，超過報警值(25μm)，判斷轉子動平衡也受到破壞。

（3）兩臺空壓機解體檢修發現機組對中良好，兩端徑向軸承以及推力軸承良好，葉輪鎖緊螺栓未發生松動。一級葉輪與擴壓器之間間隙合適，葉輪表面積碳嚴重。

3 原因分析

3.1 轉子動平衡破壞

（1）雖然空壓機從交付使用開始，實際運行時間幾個月，但一級轉子葉輪受到頻繁的開停機、多次非計劃停機、介質沖擊載荷影響，轉子在高溫下發生了微觀的變化，葉輪微小松動，導致動平衡受到破壞，引起轉子組件振動值上升。

（2）入口過濾器為國產空氣過濾器，未能較好的過濾介質，長時間高溫下使葉輪積碳，并且分布不均勻，在葉輪高速運轉時，會產生非常大的離心力，導致振動加大，而在此過程中，由于振動的原因會造成積碳的局部脫落，也有使葉輪的不平衡量加大的可能。

3.2 入口碟閥安裝位置錯誤

2#空壓機，2008年10月9日凌晨3：11，振動值突然增大，水平X值最大43.8μm，垂直Y值最大38.6μm，維持了3秒，機組未停車（聯鎖延時6秒），工藝參數均正常。隨后，一級振動值X軸上升到27～29μm、Y軸上升到25～27μm運行。2#空壓機一級振動值報警次數日漸增加，且有上升趨勢。

1#空壓機，2009年1月8日凌晨3：27，再次運行突然異常，一級振動值回零30秒，隨后，X軸上升到33μm、Y軸上升到30μm運行。

針對兩臺空壓機振動值保持報警狀態，逐一排除工藝、儀表、檢修、電網等因素影響后，經過轉子動平衡、軸頸修磨、更換轉子等工作，轉子振動值有所下降，但大都在20μm以上且不能保持。進一步分析中發現入口碟閥安裝位置有問題，距離葉輪進口僅有1.2米，由于冬季、夏季空氣密度不同，碟閥開度為冬季46～48%，夏季56～58%。氣體經過入口碟閥后，形成紊流氣體沖擊葉輪，是造成一級振動值大的主要原因。

4 處理措施

4.1 1#空壓機修磨轉子，更換轉子

舊葉輪的連接傳動方式為三角形花鍵圓柱體，裝配時有間隙：新葉輪的聯接傳動方式為三角形花鍵圓錐體，配合較緊密，不會發生微小松動，效果更好。

更換新轉子后試車，一級轉子水平振動值為17～19μm，垂直振動值為16～18μm。

4.2 空壓機入口碟閥移位

（1）確定蝶閥與葉輪進口處的距離。按照蝶閥開度位置最大計算，蝶閥位置變徑后的總能量損失為局部損失和沿程損失的總和，漸縮圓管的局部損失計算如下：

D1為蝶閥前管線大徑￠1200mm，D2為蝶閥直徑￠600mm。

將各個參數代入（1）計算hj＝4.684。

所以計算表明蝶閥與葉輪進口處的距離為≥4.68m。

經過蝶閥阻流作用后，氣體運動狀態為不穩定的紊流狀態，在工程中初始的紊流狀態對于機器的振動影響很大，容易造成氣流不穩定的撞擊葉輪形成較大的振動。

（2）根據計算結果，蝶閥與葉輪進口處的距離應為4.68m以上。顯然，目前一級葉輪正處于紊流區內，受到較大沖擊產生振動。結合現場實際情況，決定蝶閥前移3.8米，加上原來離葉輪進口的1.2米，蝶閥實際與葉輪進口相距5米，可使葉輪避開氣體運動的紊流沖擊。

5 效果

2009年2月16日，對2#空壓機入口閥移位。入口閥吊卸下來后，發現在入口閥后面連接的膨脹節襯里下部出現焊口開裂、缺口。解體發現，一級葉輪葉片有碰撞、磨損痕跡。證實“紊流氣體使一級葉輪受到局部較大的沖擊，造成轉子振動大”是2009年1月8日凌晨一級振動值突然異常的真正原因。在一、二級轉子轉動平衡后，2009年3月5日試車，一級振動值為12～14μm，大幅下降，效果非常明顯。

根據2#空壓機的故障分析，2009年3月18日，對1#空壓機入口閥移位。同樣，發現在入口閥后面連接的膨脹節襯里下部出現焊口開裂。檢修后，一級振動值均為11～12μm，效果更為明顯。通過蝶閥移位后1#、2#空壓機振動值下降約10μm。

6 結語

兩臺空壓機，兩年當中由于安裝原因，氣體經過入口碟閥后，形成紊流沖擊葉輪，另外，葉輪表面積碳嚴重、葉輪產生微小松動等，這些因素綜合作用，使一級葉輪受力不均勻，動平衡破壞，振動值較高并逐步上升。通過收集數據、資料，積累經驗，綜合分析，并采取有效措施，使空壓機一級振動大的故障得到了徹底解決。

[1]離心式壓縮機隨機資料.

[2]莫乃榕.工程流體力學[M].華中科技大學出版社.

[3]孔瓏.流體力學[M].高等教育出版社.