聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)的振動研究

（國家能源集團(tuán)，包頭 014060）

0 引言

在氣相法條件下，聚乙烯硫化床反應(yīng)器運(yùn)行過程中，其動力支持主要由K-4003來實(shí)現(xiàn)。以硫化床和冷卻器為載體，補(bǔ)償循環(huán)氣流并產(chǎn)生壓降作用，最后在標(biāo)準(zhǔn)氣速支持下，反應(yīng)器床層達(dá)到硫化狀態(tài)。當(dāng)K-4003處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時，軸振動保持為10 μm，隨著軸振動的上升及其幅度的加大，相關(guān)數(shù)據(jù)攀升至40 μm，并且有持續(xù)上升的態(tài)勢，這對裝置與設(shè)備的安全運(yùn)行都造成了階段威脅。文中主要通過DP1500采集振動數(shù)據(jù)，通過相關(guān)振動軟件開展頻譜分析，以便準(zhǔn)確判斷振動原因。

1 循環(huán)氣壓縮機(jī)K-4003存在的問題

1.1 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集過程中，以軸兩端垂直方向與軸向點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測，分別確定徑向與軸向位移測點(diǎn)。在監(jiān)測一段時間后，將不同時期下徑向東側(cè)點(diǎn)振動數(shù)據(jù)變化情況列舉出來，以便進(jìn)行對比分析。通過觀察可以發(fā)現(xiàn)，循環(huán)氣壓縮機(jī)振動數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，已經(jīng)趨近于報(bào)警值。

1.2 FFT頻譜分析法

頻譜分析方法的應(yīng)用比較常見，其以快速傅立葉變化為支持，也稱作FFT分析法。該分析法的原理在于以頻譜分析為依據(jù)，將診斷信息提取出來，之后進(jìn)行表達(dá)，常用的頻譜圖包括幅值譜、功率譜等。就幅值譜分析法來看，振動信號x（t）的傅立葉變換譜的計(jì)算為X（f），整個計(jì)算過程以振動信號、虛譜、實(shí)譜等為支持，通過轉(zhuǎn)換等方式可計(jì)算出幅值譜或FFT譜，對信號中頻率成分幅值大小及其沿著頻率軸進(jìn)行分布的情況加以表示[1]。

幅值譜主要應(yīng)用于機(jī)械故障診斷方面，通過該方法能夠?qū)φ駝有盘栠M(jìn)行分析，明確其中頻率成分及諧波分量等，并對諧波分量中突出成分復(fù)制進(jìn)行確定，進(jìn)而為故障分析提供參考信息。

1.3 頻譜圖

通過對頻譜圖進(jìn)行仔細(xì)觀察和分析，能夠?qū)C(jī)器振動幅值以及轉(zhuǎn)動頻率之間關(guān)系形成一個清晰的認(rèn)知，并通過曲線形式反應(yīng)出來。在這一曲線圖中，以轉(zhuǎn)動頻率為橫坐標(biāo)，以振幅峰值為縱坐標(biāo)。在實(shí)際操作過程中，以故障診斷軟件來對K-4003進(jìn)行檢測，可以獲得振動頻譜圖（如圖1所示），分別為不同測振點(diǎn)下的頻譜。

圖1 震動頻譜

K-4003循環(huán)氣壓縮機(jī)保持3 000 r/min的工作轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)動頻率保持為50 Hz。通過觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，1倍頻的條件下，不同測振點(diǎn)所達(dá)到的振動幅值也存在明顯差異，通過對比可知，當(dāng)轉(zhuǎn)動頻率為50 Hz時，1倍頻下的振動幅值保持最大狀態(tài)，其與分量相對較小。表明當(dāng)基頻振動分量處于增長狀態(tài)時，會導(dǎo)致振動峰峰值出現(xiàn)增長。

2 K-4003振動原因分析

2.1 振動原因分析

在聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，基于以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)出發(fā)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致K-4003出現(xiàn)振動的原因是多方面的，當(dāng)探頭處于失效狀態(tài)時，會影響測試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受到影響，進(jìn)而出現(xiàn)振動。當(dāng)轉(zhuǎn)子對中不理想，軸出現(xiàn)彎曲，機(jī)械處于松動狀態(tài)，或者存在摩擦問題時，也會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)振動。觀察壓縮機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，若氣流的穩(wěn)定性不足，會影響K-4003運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)旋轉(zhuǎn)失效或者出現(xiàn)喘振情況時，軸承出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重情況下可能會失去其自身效用，油膜振蕩與蝸動，轉(zhuǎn)子平衡性不足等，這些因素都會影響K-4003運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致出現(xiàn)振動問題[2]。以專用設(shè)備來進(jìn)行檢測并開展綜合分析之后，可以確定探頭失效、機(jī)械松動、旋轉(zhuǎn)失效、壓縮機(jī)氣流不穩(wěn)以及油膜振蕩與蝸動這幾項(xiàng)因素可以排除。

轉(zhuǎn)子對中不理想情況，通過觀察循環(huán)氣壓縮機(jī)可以發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)軸與電機(jī)主軸之間存在軸系，主要由聯(lián)軸器來進(jìn)行聯(lián)接，一旦安裝不精準(zhǔn)，或者機(jī)器基礎(chǔ)松動等，極易導(dǎo)致軸系出現(xiàn)平行位移不規(guī)范、角度位移不合理，會影響軸系對中變化，導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。在動態(tài)效應(yīng)的作用下，導(dǎo)致整個設(shè)備出現(xiàn)軸承損壞、油膜失穩(wěn)以及異常振動等。振動特征主要表現(xiàn)在頻率和振動方向這兩個方面，在頻率方面，受到轉(zhuǎn)子不對中差異化型式的影響，平行不對中情況下，主要激發(fā)2倍頻，而角度不對中情況下，則出現(xiàn)同頻振動突出問題。就振動方向來看，平行不對中的情況下往往會出現(xiàn)大徑向振動。由于K-4003振動以1倍頻為主，因此轉(zhuǎn)子不對中不是導(dǎo)致K-4003振動的主要原因。

就轉(zhuǎn)子彎曲來看，主要包含永久性和臨時性，當(dāng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理或者材質(zhì)不均勻時，轉(zhuǎn)子極易出現(xiàn)永久性彎曲，并且隨著存放不合理或者熱態(tài)停車等因素的影響，其自然彎曲或有所加大。而當(dāng)暖機(jī)操作不正確、存在較大預(yù)負(fù)荷等問題時，就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)臨時性彎曲。觀察頻譜圖和時域圖可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子彎曲存在二倍頻分量，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，轉(zhuǎn)子工頻振動幅值要明顯大于開車時的數(shù)值，由此可以分析，軸彎曲因素可以被排除。

就摩擦來看，部分摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子與靜止部分的接觸是偶然的，所造成的破壞性較小，機(jī)器運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因素也比較小。而在整周環(huán)狀摩擦條件下，摩擦處于密封狀態(tài)，所產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)諧波振動分量相對較高，但其與K-4003頻譜圖存在出入，因此摩擦因素得以排除[3]。

就軸承磨損與失效來看，在頻譜圖中，軸承磨損與失效主要表現(xiàn)在1倍頻、2倍頻等方面，頻譜圖反應(yīng)存在出入，徑向軸承不存在變化，因此軸承磨損與失效因素可以被排除。

就轉(zhuǎn)子不平衡來看，其主要表現(xiàn)在兩方面，其一是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)質(zhì)量存在偏心，這與轉(zhuǎn)子制造誤差、材質(zhì)不均勻等相關(guān)。其二是轉(zhuǎn)子部件缺損，這與運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)子腐蝕、磨損等相關(guān)，導(dǎo)致零部件出現(xiàn)損壞與脫落等，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。從振動方向特征來看，徑向振動相對較大，初步判斷轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致K-4003振動異常的根本原因，在振動1倍頻和振動方向這兩方面都存在相符性。

2.2 判斷轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡主要體現(xiàn)在原始、漸變和突發(fā)這三個方面，分別具有各自特征，結(jié)合頻譜圖進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，1倍頻下K-4003振動表現(xiàn)出漸變穩(wěn)定，隨著振動值的不斷增大，軸向振動較小，以徑向垂直和水平振動比較明顯，這是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡的首要因素。偏心質(zhì)量的出現(xiàn)，與轉(zhuǎn)子受到腐蝕和磨損相關(guān)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在徑向位置出現(xiàn)失衡，因此可以判定，壓縮機(jī)振動超標(biāo)的原因就在于轉(zhuǎn)子漸變不平衡。

3 結(jié)束語

通過分析可知，轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)振動超標(biāo)的主要原因，在實(shí)際解體檢修的過程中，需要令循環(huán)氣壓縮機(jī)保持停車狀態(tài)，最終判斷可通過檢修情況以及檢修后設(shè)備振動情況來加以驗(yàn)證。通過對聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)的振動進(jìn)行研究，能夠把握振動原因，并采取有針對性的檢修操作，以維護(hù)循環(huán)氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)聚乙烯裝置的運(yùn)行效率，避免企業(yè)生產(chǎn)受到影響。