離心式空氣壓縮機喘振故障分析與控制預防

呂文浩 魯 悅 劉云龍

（沈陽鼓風機集團安裝檢修配件有限公司，遼寧 沈陽110000）

離心式空壓機在運行過程中會出現各種各樣的問題、其中空壓機組發生一種低頻高振的壓力脈沖情況，聲音類似大幅度的喘氣，這種現象就叫做“喘振”。發生喘振時機組噪音較大，設備會出現強烈振動，操作波動大。壓縮機對每個轉速點都有著一定流量要求，如果低于標準，工況平衡性削弱這時出現的節點就稱為喘振點。隨著我國社會經濟水平的穩定提升，生產工業在新時期背景中也得到了良好發展空間，目前離心式空壓機應用范圍較大，但容易出現喘振現象，本文將從離心式空壓機喘振概述出發，結合其發生原因分析固定極限流量控制、動態極限流量控制以及多種預防措施的應用效果，為行業發展提供理論支持。

1 離心式空壓機發生喘振現象概述

離心式空壓機組自身具有排氣效果好、排氣量高、結構組裝成熟化、檢維修方便等優點，能夠在氣體不受油污染情況下正常運作，保證工況的穩定性與可靠性，并且壓縮的氣流無脈動等多種優勢，當前此類設備已經開始在社會各行各業中得到了大量投放使用，例如：石油化工、冶金動力等等。另外空分廠是很多類型企業工廠運作時各生產部門必須具備的基礎站點，因此空分廠當中的離心式空壓機需要保證自身運行效果良好，實現其安全、穩定、可靠運作對整個工廠的生產效率均起到非常重要的作用，特別是對于其中一些工藝要求較高的部門例如：煉鐵、煉金、軋鋼等等，這種大型的離心式空壓機已經不僅僅是作為單一的提供壓縮空氣的能源介質，更是整個工廠能夠實現穩定生產的根本保障。但是從實際應用過程中不難發現，這種離心式空壓機對周邊氣體產生的壓力、排放流量、實時溫度的變化均比較敏感，如果操作不當，就很容易出現喘振，技術人員發現特別是在壓縮空氣的使用量波動較大時，空壓機會發生更加明顯且頻繁的喘振現象。

1.1 離心式空氣壓縮機的工作原理

離心式空壓機屬于速度式壓縮機，其工作原理是由電動機帶動壓縮機各級葉輪做高速旋轉，把從軸向進入葉輪的氣體高速甩出。氣體被甩到流通面積逐漸擴大的擴壓器之后，流速下降，壓力升高，然后在進入下一級葉輪繼續升壓，最后由排氣口排出。

1.2 離心式空氣壓縮機的基本結構

離心空壓機主要由轉子和定子兩大部分組成。轉子包括葉輪和軸，葉輪由葉片、平衡盤和軸封等零部件組成。定子的主體是機殼，定子由擴壓器、彎道、回流器、迸氣管、排氣管及部分軸封等零部件組成。離心式空壓機按結構可大致分為水平剖分型、筒型、等溫型，其中水平剖分型在鋁電解行業應用較為廣泛。

2 離心式空氣壓縮機運行中的常見故障及原因分析

2.1 振動值較大

造成離心式空壓機振動值較大的原因主要有以下幾種：

（1）地腳螺栓松動；

（2）壓縮機和主電機找正精度達不到技術規范要求；

（3）振動探頭失靈或振動檢測系統的導線聯接器松動；

（4）彈性聯軸器磨損或損壞；

（5）壓縮機轉子的動平衡精度達不到使用要求；

（6）軸承磨損或損壞；

（7）齒輪或者葉輪等內部零部件受損；

（8）軸承油壓較低；

（9）空壓機發生連續喘振。

2.2 中間冷卻器、后冷卻器排氣溫度較高

造成中間、后冷卻器排氣溫度過高的原因主要有以下幾種：

（1）油冷卻器給水量不足；

（2）給水溫度較高；

（3）冷卻器管道被異物堵塞；

（4）溫度傳感器失靈。

2.3 喘振

喘振現象不僅與壓縮機旋轉分離嚴重有關，而且與管網系統也有密切關系。隨著網絡容量的增大，喘振的幅度增大，頻率降低，反之亦然。如圖1 所示，當管網性能曲線在1，2，3 之間時，當管網性能曲線移動到4 所示位置時，與壓縮機性能曲線相交于s 點，且s 點進入喘振界，則整個系統發生喘振。

2.4 排氣壓力不足

造成排氣壓力不足的原因主要有以下幾種：

（1）系統耗風量超過壓縮機容量；

（2）放空閥失靈；

（3）進口導葉或執行器失靈；

（4）壓力傳感器失靈。

2.5 潤滑油壓力不達標

造成潤滑油壓力不達標的原因主要有以下幾種：

（1）油泵損壞；

（2）油壓調節閥設定較低；

（3）油壓調節閥失靈；

（4）潤滑油管路連接和組件泄露；

（5）儲油器中油面較低；

（6）潤滑油溫度超過50℃；

（7）潤滑油管路損壞；

（8）壓力傳感器損壞。

2.6 振動傳感器電壓差值小

造成振動傳感器電壓差值小的原因主要有以下幾種：

（1）校正不合適；

（2）振動監視器的聯接器松動；

（3）振動探頭失靈；

（4）轉換器失靈。

3 離心式空氣壓縮機常見故障處理方法

3.1 振動值較大處理方法

在實際使用過程當中，造成離心式空壓機振動值較大的原因較多，因此要根據故障現象進行具體分析。首先要檢查地腳螺栓是否松動，聯軸器是否磨損或者損壞，油壓是否合適，振動傳感探頭是否失靈和探頭檢測系統的導線連接器是否松動，空壓機是否發生了連續喘振等，如有異常需處理；如壓縮機和主電機找正精度達不到技術規范要求，必須重新調整聯軸器的同心度；如潤滑油變質或者油內含有雜質，可能導致軸承產生非正常磨損或損壞，應引起重視，如發現軸瓦受損，必須及時修復或者更換；如齒輪或者葉輪等內部旋轉零部件受損，必須停機更換。特別指出的是，轉子的動平衡精度對設備振動值的影響很大，如壓縮機轉子的動平衡精度不高，必定會影響到設備的安全平穩運行，即使設備投運初期的振動值在正常值范圍之內，但經過一段時間的運行之后，轉子動平衡精度不高的弊端便會逐漸凸顯出來。以某公司的1#離心式空氣壓縮機為例，在設備調試階段，該空壓機的一級軸承振動值為18mm/s，比其它部位的振動值高2-3mm/s，但屬于正常范圍，運行四個月之后，該部位的振動值逐漸上升到28mm/s，六個月后，振動值進一步上升，偶爾超過報警值，廠家技術員到達現場檢查了壓縮機軸承、齒輪等零部件，發現并無異常，經分析認定，轉子動平衡精度不高才是引起振動值偏高的主要原因，最終決定將轉子返廠做了動平衡校正，回裝后設備運行正常。因此，一旦判斷設備的異常振動是由于轉子動平衡精度達不到使用要求而引起的，即使設備運行時振動值沒有達到報警值，也必須盡快將轉子返廠做動平衡校正，這樣才能保證設備長期安全平穩運行。

3.2 中間冷卻器、后冷卻器排氣溫度較高處理方法

首先要根據實際情況，分析原因，對癥下藥，通常采取增加給水量、降低給水溫度、清潔冷卻器內部雜物、更換溫度傳感器等方法進行處理。

3.3 連續喘振處理方法

喘振是離心式空壓機在某一工況下產生的特有現象，對空壓機的安全運行影響較大。造成空壓機發生連續喘振的因素較多，應具體問題具體分析。根據不同的情況可分別采用清潔或更換過濾器元件、調整進口溫度（如果第一級進口溫度較高，就采取較低的排氣量）、增加中間冷卻器的給水量(如果中間冷卻器中給水溫度較高）、采用較低的給水溫度、低于設計值的排氣壓力等辦法進行處理；如止回閥、葉輪、擴壓器、蝸殼進口積污，會導致壓縮機性能下降，需及時清理；如止回閥、進口導葉或執行器損壞，需修理或更換。

3.4 排氣壓力不上升處理方法

根據不同故障原因，分別采取減少耗風量、修理或更換排氣閥、修理或更換進口導葉或者驅動器以及更換壓力傳感器等方法進行處理。

3.5 潤滑油壓力不上升處理方法

根據造成潤滑油壓力不上升的不同原因，對潤滑油泵、管道及閥門進行檢查，及時修復或者更換損壞的零部件，如有管道和閥門組件接頭泄露應及時緊固。

3.6 振動傳感器電壓差值小處理方法

如出現振動傳感器電壓差值小現象，應按照“振動探頭的間隙調整法”對振動探頭重新進行調整，并重新加固連接器，如探頭或轉換器損壞，必須更換。

4 結論

離心式空氣壓縮機在電解鋁生產過程中起著至關重要的作用，在運行過程當中，因設備故障處理不當而影響生產的事件時有發生。因此，設備管理人員應該重視離心式空氣壓縮機的管理，有針對性地開展技能培訓，對離心式空氣壓縮機的故障進行深入分析，使檢修人員熟練掌握設備結構、原理、故障分析和處理方法等知識，才能確保設備的檢修效率和質量，同時，要抓好預防性維護維修工作，要求操作人員按章操作，定期開展計劃點檢和計劃檢修，及時消除設備隱患，才能保證離心式空氣壓縮機安全、平穩、高效運行。