熱效應引起的離心壓縮機振動分析

王胤龍，趙文博，劉 娜

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 問題

某化工企業MTO（Methanel To Olefin，甲醇制烯烴）裝置MCL605型主風機（圖 1），工作轉速 9175 r/min，入口流量21 568 m3/h，由電機拖動、齒輪箱增速。裝置投入運行時，聯軸器側(出風口)振動幅值達到80 μm，接近聯鎖值，自由側振動幅值穩定在30 μm以下。采取應急措施，用工業電風扇吹壓縮機聯軸器側端面，振動下降到40 μm，表明主風機聯軸器側振動與熱效應有關。由于工藝的需要，該主風機設計出口溫度272℃，如此高溫度的主風機較少，因此產生的熱效應不容忽視。

為證明振動與熱效應有關，對主風機聯軸器側端面進行吹風與不吹風試驗，振動趨勢如圖2所示。不吹風振動持續增加，吹風后振動開始下降，然后穩定，幅值約45 μm，而且試驗證明僅吹下端面對抑制振動有效果，說明振動與熱效應存在明顯的對應關系。

圖1 MCL605型主風機

2 問題排查

2.1 管路應力

管路應力亦是由熱效應引起振動的一個主要因素[1]。主風機出口管路的膨脹量由膨脹節吸收。首先記錄冷態時膨脹節的長度和出口管路拐彎處彈簧支架彈簧的初始位置，然后記錄主風機運行狀態下的數據。對比冷熱狀態數據得出膨脹節的變化量與彈簧的變化量相當，且在設計范圍之內，說明管路的膨脹由膨脹節全部吸收，主風機無管路應力作用。

2.2 調整對中

觀察整個過程的軸心位置（圖3），對比圖2的振動趨勢，當軸心位置靠上時刻都是振動較小的時刻，即對聯軸器側端面吹風的時刻。停止吹風，振動增加，軸心位置開始向下移動。

圖2 主風機聯軸器側振動趨勢

圖3 振動過程軸心位置

根據上述特征得出熱效應的作用改變了軸心位置，進而引起振動的相應變化。調整對中數據，即降低冷態時主風機側的高度以補償熱態的膨脹量達到熱態對中的目的，主風機聯軸器側先后降低0.1 mm和0.35 mm，振動未發生改變，調整對中未能降低振動。

2.3 平衡氣管路

在查找問題產生原因的過程中還發現了另一個問題，平衡氣管路從出口位置的平衡盤后引出直通大氣，正常情況下平衡盤密封泄漏的氣體會使平衡氣管路溫度≥200℃，則平衡氣管法蘭處纏繞的塑料應被燒焦，可實際卻安然無恙（圖4），由此推斷平衡氣管路有嚴重的堵塞。拆檢發現平衡氣管法蘭為盲法蘭。處理后，主風機運行較之前順暢，但振動扔情況未改善。

3 問題確認

對比是振動分析的重要手段，在另一現場MTO裝置中一臺同樣規格的主風機運行良好。因此排除了設計不合理的因素，對2臺主風機聯軸器側下機殼端面相同位置用紅外測溫儀測量表面溫度，測量結果如圖5所示。

表面溫度對比顯示，出現問題的主風機表面溫度普遍高于運行正常的主風機，最高相差100℃，加工制造偏差不足以產生如此懸殊的表面溫度，因此推斷出口處存在使熱量積聚的因素導致局部區域溫度升高。通過反復查看主風機設計圖紙，推斷問題出現在出口隔板與出口管路銜接的擋板處，如圖6所示。該擋板處如果縫隙過大會使出口的一部分氣體在內部循環而不被排除，導致熱量的積聚[2]。

檢查主風機出口隔板，發現出口隔板的擋板斷裂（圖7）。修復后主風機運轉正常，振動穩定在30 μm以下，端面溫度大幅下降。

圖4 平衡氣管路實物

圖5 下機殼端面溫度對比

圖6 出口氣流通路

圖7 出口隔板

4 振動原因分析

該主風機查找振動原因無果后，曾返廠做高速動平衡后再運行，振動＜15 μm，但運行一個月后振動增加，吹風后保持穩定。由此推斷熱效應使轉子發生局部彎曲引起轉子不平衡振動變大，當對其端面吹風后使內部積聚的熱量釋放，達到新的熱平衡，避免了轉子的熱彎曲，使振動下降并保持穩定。

5 總結

（1）離心壓縮機組由于熱效應產生振動的影響因素有管路應力、平衡氣管路堵塞、內泄漏等，出現問題時要具體問題具體分析。

（2）由于內部因素產生的熱效應要從壓縮機的原理和結構出發，因此需要對壓縮機有足夠的了解。

（3）對比是振動分析的重要手段，要善于運用。