離心式壓縮機故障診斷分析及處理措施方法研究

喬侽 叢涵松 陳云偉

摘? 要：離心式壓縮機是在我國當前的工業系統中使用最為頻繁和廣泛的一種機器，特別是石油、石化、冶金、電力等過程工業。由于設備投資大，生產過程復雜，機械裝備故障停機會造成重大經濟損失，甚至機毀人亡的重大事故，文章通過研究離心式壓縮機常出現的故障，并針對故障提出相對應的解決措施及辦法。

關鍵詞：離心式壓縮機;故障診斷;處理措施

中圖分類號：TM643? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）16-0120-02

Abstract： Centrifugal compressor in our country's current industrial system is the most frequently and widely used in a machine， especially the petroleum， petrochemical， metallurgy， electric power and other process industries. Due to the large investment in equipment and the complication of the production process， mechanical parking by reason of equipment malfunction can cause great economic losses， even major accident. This paper studies the frequent fault of the centrifugal compressor and puts forward corresponding measures and solutions todeal with the fault.

Keywords： centrifugal compressor; fault diagnosis; treatment method

前言

故障機器通常指發生損壞或無法執行預期任務的機器，其中，意外停機通常是損傷長期累積的結果。在實際情況下，即使問題已經很明顯或正在加劇，大多數機器仍會繼續運轉并有效的完成任務。由于機器本身及其損失的產品成本太高，因此不能等到機器意外停車后再去考慮是否出現故障，故需要通過日常的檢測監測機器振動特性來防止機器意外停機。

1 常見的故障種類

故障診斷依靠的是對關鍵信號特性變化的檢測，包括振動振幅、相位、頻譜、軌跡等。絕大部分故障都表現出類似的振動特征，根據某一種單一跡象很難做出準確的判斷，而且機器一旦發生故障通常是由多種因素同時造成的。所以，需要故障診斷人員系統地對機器所有運轉狀態下的數據進行識別、分析，包括：機組起車、升速、工作轉速下、跳閘轉速下、降速及停車等各個階段。

1.1 轉子不平衡

不平衡是轉子最常見的系統故障，引起轉子不平衡的原因有很多：如轉子的結構設計不合理、機械加工質量誤差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差、運行中聯軸器相對位置改變、轉子部件缺損（如運行中由于腐蝕、磨損、介質不均勻結垢、脫落）、轉子受疲勞應力作用造成轉子零部件（如葉輪、葉片、平衡盤等）局部損壞、脫落、產生碎片飛出等。以上故障均會造成轉子質心發生偏移，這種質心偏移造成轉子振動。由動力學原理可知轉子旋轉時產生離心力，其大小和質量、偏心距及轉速的平方成正比。離心力作用在轉子的兩個軸承上，方向與偏心距同步改變。轉子受變力作用從而產生振動，這就是不平衡量產生的直接原因。但在現實生產過程中，絕對平衡的轉子是不存在的。不超過不平衡量允許值的轉子即認定為合格的轉子。

振動特征：不平衡振動頻譜主要顯示主頻為工頻，振動的時域波形為正弦波，轉子軸心軌跡為橢圓，進動特征為同步正進動。轉子振幅隨轉子轉速升降而增減，此反應明顯，是判斷轉子不平衡故障的重要依據。

1.2 轉子軸系不對中

機組通常由多個轉子組成，其中包括原動機轉子及壓縮機轉子，各轉子之間通過聯軸器連接組成軸系，來傳遞扭矩及動力。由于裝配誤差、機組工作運轉下熱膨脹、承載荷后變形以及機組基礎累積沉降等原因，會造成機組軸系不對中。當機組產生軸系不對中時，就會產生附加彎矩，給軸承增加附加載荷，從而對轉子產生附加激勵，通過一系列反映引起機組振幅超差，嚴重時會造成機組軸承或聯軸器損壞、機組地腳螺栓斷裂扭彎、軸承油膜失穩、轉子彎曲、轉定子間刮碰摩擦等。軸系不對中一般可分為平行不對中、角度不對中以及綜合不對中。在實際生產中通常為綜合不對中。

振動特征：由不對中引起的振動故障的特征頻率顯示為1倍頻、2倍頻及多倍頻的等距分布，其中二倍頻振幅較大，為特征頻率。振動的時域波形為疊加波形，轉子的軸心軌跡為8字形，進動方向為同步正進動。對載荷變化敏感，振動隨載荷增加而增大，對潤滑油溫、介質溫度變化敏感，在聯軸器側的軸承處振幅較大。

1.3 轉子彎曲

轉子彎曲包括弓形彎曲和臨時性彎曲兩種故障。轉子弓形彎曲是永久性彎曲。產生轉子彎曲的原因包括：轉子長期存放不盤車、機組熱狀態下停車但未及時盤車、轉子受外力沖擊、轉定子件之間抱緊摩擦以及轉子長期運轉后自然彎曲加大等。

振動特征：轉子彎曲的特征頻率顯示為1倍頻，并伴隨有低能量2倍頻。振動的時域波形為正旋波，轉子軸心軌跡為橢圓，進動方向為正進動。振動隨轉速的升降而增減。但與轉子不平衡反映不同的是：轉子彎曲的機組起車振動就大，而且當轉速下降時，振幅不會馬上跟著下降，而是有一定的時間滯后。同時轉子彎曲的機組在停機過臨界時和在起車過臨界時的相位值不同，沒有重復性。

上述三種故障振動特征見表1，圖1。

2 具體措施

2.1 轉子不平衡方面

（1）旋轉機器轉子要定期檢修，保證介質清潔，防止結垢和腐蝕。

（2）對于業主現場介質帶液易造成腐蝕，或介質臟，易造成結痂的轉子要定期除垢，進行修復。

（3）由于安裝問題轉子上零部件安裝錯誤、或安裝松動、零件漏裝的，按要求對位安裝轉子上的零部件，消除轉子上松動的部件。

（4）解決轉子不平衡最核心最有效的方法是按技術要求對轉子進行動平衡。消除超差的轉子不平衡量，從而預防轉子由于長時間運轉造成的疲勞損壞。

2.2 轉子不對中方面

（1）對轉子冷態對中時，應考慮到熱態不對中的變化量。包括熱膨脹量、介質壓力對機組的影響。

（2）按技術要求調整軸系轉子對中量，重新對中。

（3）機組灌漿損壞、基座沉降不均勻導致機組移位，基座底板銹蝕、損壞，檢查調整基礎沉降。

2.3 轉子彎曲方面

（1）對于長期存放轉子要定期盤轉轉子一定角度（通常為180°）。

（2）大型機組停車后要定時定角度盤車，持續、連續盤車至機組冷卻至室溫才可靜置轉子。

（3）直軸，是對轉子弓形彎曲的校直。

（4）按技術要求對轉子進行動平衡。

3 結束語

機械裝備故障診斷終極目的是有效防治故障，確保機器健康。其一是除故障：探測原因，有的放矢，消除故障;其二是防發展：早期預警，防微杜漸，預防故障;其三是防發生：查明根源，根治維修，防止故障。因此，要確保離心式壓縮機能夠安全、平穩、高效的運行這就需要制定詳細的維護計劃，同時還需不斷更新學習先進的科學技術和經驗，對設備優化管理，方能提高離心式壓縮機的使用壽命，充分發揮設備的積極作用和意義。

參考文獻：

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[3]本特利.旋轉機械診斷技術[M].北京：機械工業出版社，2014.