熱效應(yīng)引起的離心壓縮機(jī)振動(dòng)分析

王胤龍，趙文博，劉 娜

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110869）

1 問(wèn)題

某化工企業(yè)MTO（Methanel To Olefin，甲醇制烯烴）裝置MCL605 型主風(fēng)機(jī)（圖1），工作轉(zhuǎn)速9175 r/min，入口流量21 568 m3/h，由電機(jī)拖動(dòng)、齒輪箱增速。裝置投入運(yùn)行時(shí)，聯(lián)軸器側(cè)(出風(fēng)口)振動(dòng)幅值達(dá)到80 μm，接近聯(lián)鎖值，自由側(cè)振動(dòng)幅值穩(wěn)定在30 μm 以下。采取應(yīng)急措施，用工業(yè)電風(fēng)扇吹壓縮機(jī)聯(lián)軸器側(cè)端面，振動(dòng)下降到40 μm，表明主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器側(cè)振動(dòng)與熱效應(yīng)有關(guān)。由于工藝的需要，該主風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)出口溫度272 ℃，如此高溫度的主風(fēng)機(jī)較少，因此產(chǎn)生的熱效應(yīng)不容忽視。

為證明振動(dòng)與熱效應(yīng)有關(guān)，對(duì)主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器側(cè)端面進(jìn)行吹風(fēng)與不吹風(fēng)試驗(yàn)，振動(dòng)趨勢(shì)如圖2 所示。不吹風(fēng)振動(dòng)持續(xù)增加，吹風(fēng)后振動(dòng)開始下降，然后穩(wěn)定，幅值約45 μm，而且試驗(yàn)證明僅吹下端面對(duì)抑制振動(dòng)有效果，說(shuō)明振動(dòng)與熱效應(yīng)存在明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖1 MCL605 型主風(fēng)機(jī)

2 問(wèn)題排查

2.1 管路應(yīng)力

管路應(yīng)力亦是由熱效應(yīng)引起振動(dòng)的一個(gè)主要因素[1]。主風(fēng)機(jī)出口管路的膨脹量由膨脹節(jié)吸收。首先記錄冷態(tài)時(shí)膨脹節(jié)的長(zhǎng)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(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。對(duì)比冷熱狀態(tài)數(shù)據(jù)得出膨脹節(jié)的變化量與彈簧的變化量相當(dāng)，且在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，說(shuō)明管路的膨脹由膨脹節(jié)全部吸收，主風(fēng)機(jī)無(wú)管路應(yīng)力作用。

2.2 調(diào)整對(duì)中

觀察整個(gè)過(guò)程的軸心位置（圖3），對(duì)比圖2 的振動(dòng)趨勢(shì)，當(dāng)軸心位置靠上時(shí)刻都是振動(dòng)較小的時(shí)刻，即對(duì)聯(lián)軸器側(cè)端面吹風(fēng)的時(shí)刻。停止吹風(fēng)，振動(dòng)增加，軸心位置開始向下移動(dòng)。

圖2 主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器側(cè)振動(dòng)趨勢(shì)

圖3 振動(dòng)過(guò)程軸心位置

根據(jù)上述特征得出熱效應(yīng)的作用改變了軸心位置，進(jìn)而引起振動(dòng)的相應(yīng)變化。調(diào)整對(duì)中數(shù)據(jù)，即降低冷態(tài)時(shí)主風(fēng)機(jī)側(cè)的高度以補(bǔ)償熱態(tài)的膨脹量達(dá)到熱態(tài)對(duì)中的目的，主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器側(cè)先后降低0.1 mm 和0.35 mm，振動(dòng)未發(fā)生改變，調(diào)整對(duì)中未能降低振動(dòng)。

2.3 平衡氣管路

在查找問(wèn)題產(chǎn)生原因的過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)問(wèn)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(huì)使平衡氣管路溫度≥200 ℃，則平衡氣管法蘭處纏繞的塑料應(yīng)被燒焦，可實(shí)際卻安然無(wú)恙（圖4），由此推斷平衡氣管路有嚴(yán)重的堵塞。拆檢發(fā)現(xiàn)平衡氣管法蘭為盲法蘭。處理后，主風(fēng)機(jī)運(yùn)行較之前順暢，但振動(dòng)扔情況未改善。

3 問(wèn)題確認(rèn)

對(duì)比是振動(dòng)分析的重要手段，在另一現(xiàn)場(chǎng)MTO裝置中一臺(tái)同樣規(guī)格的主風(fēng)機(jī)運(yùn)行良好。因此排除了設(shè)計(jì)不合理的因素，對(duì)2 臺(tái)主風(fēng)機(jī)聯(lián)軸器側(cè)下機(jī)殼端面相同位置用紅外測(cè)溫儀測(cè)量表面溫度，測(cè)量結(jié)果如圖5 所示。

表面溫度對(duì)比顯示，出現(xiàn)問(wèn)題的主風(fēng)機(jī)表面溫度普遍高于運(yùn)行正常的主風(fēng)機(jī)，最高相差100 ℃，加工制造偏差不足以產(chǎn)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(dǎo)致局部區(qū)域溫度升高。通過(guò)反復(fù)查看主風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)圖紙，推斷問(wèn)題出現(xiàn)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(guò)大會(huì)使出口的一部分氣體在內(nèi)部循環(huán)而不被排除，導(dǎo)致熱量的積聚[2]。

圖4 平衡氣管路實(shí)物

圖5 下機(jī)殼端面溫度對(duì)比

檢查主風(fēng)機(jī)出口隔板，發(fā)現(xiàn)出口隔板的擋板斷裂（圖7）。修復(fù)后主風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，振動(dòng)穩(wěn)定在30 μm 以下，端面溫度大幅下降。

圖6 出口氣流通路

圖7 出口隔板

4 振動(dòng)原因分析

該主風(fēng)機(jī)查找振動(dòng)原因無(wú)果后，曾返廠做高速動(dòng)平衡后再運(yùn)行，振動(dòng)＜15 μm，但運(yùn)行一個(gè)月后振動(dòng)增加，吹風(fēng)后保持穩(wěn)定。由此推斷熱效應(yīng)使轉(zhuǎn)子發(fā)生局部彎曲引起轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)變大，當(dāng)對(duì)其端面吹風(fēng)后使內(nèi)部積聚的熱量釋放，達(dá)到新的熱平衡，避免了轉(zhuǎn)子的熱彎曲，使振動(dòng)下降并保持穩(wěn)定。

5 總結(jié)

（1）離心壓縮機(jī)組由于熱效應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)的影響因素有管路應(yīng)力、平衡氣管路堵塞、內(nèi)泄漏等，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要具體問(wèn)題具體分析。

（2）由于內(nèi)部因素產(chǎn)生的熱效應(yīng)要從壓縮機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)出發(fā)，因此需要對(duì)壓縮機(jī)有足夠的了解。

（3）對(duì)比是振動(dòng)分析的重要手段，要善于運(yùn)用。