壓縮機維修中的常見故障與處理技術分析

唐浩

摘 要：本文主要介紹了離心式壓縮機基本結構、工作原理以及常見的故障原因和措施，以及在日常工作中的維護、檢修。

關鍵詞：壓縮機;結構;工作原理;故障原因;措施

引言

壓縮機是用于增加氣壓和供應氣體的機器。隨著科學技術的發(fā)展，壓縮機已成為國民經(jīng)濟建設許多部門必不可少的主要設備之一。速度型縮機依靠高速旋轉葉輪的能力來增加氣體的壓力和速度，后再固定元件中部分氣體速度可以進一步轉換為氣體的壓力能。也可以說借助高速旋轉葉輪的作用，使氣體分子得到一個很高的速度，然后放擴散器中放慢速度，將動能轉換為壓力能。

1離心式壓縮機的工作原理及組成結構

1.1離心式壓縮機的工作原理

當主軸驅動的葉輪高速旋轉時，氣體從軸向進入，并在離心力的作用下高速甩出葉輪，然后進入流通面積逐漸擴大的擴壓器中，氣體流速急劇下降。 壓力的增加導致氣體的動能轉化為壓力能，然后將其送入到第二級中進一步增加了壓力。 所以每一級葉輪對應一級壓縮。

2.1離心式壓縮機轉子

離心式壓縮機的主要組成部分是轉子。轉子由葉輪、主軸、平衡盤和推力盤等零件組成。

（1）葉輪：葉輪也稱為工作輪，是離心式壓縮機的重要組成部分。氣體在工作路輪中流動，增加其壓力和流速，并提高氣體的溫度。

（2）主軸：主軸的作用是支撐與其相連的旋轉零部件（葉輪、平衡盤等）并傳遞扭矩。

（3）平衡盤和推力盤：在多級離心式壓縮機中，由于各級葉輪兩側的氣體壓力不一致，使轉子會承受一個指向低壓端的合力。 該合力稱為軸向力。 軸向力會對壓縮機的正常運行產(chǎn)生不利影響，導致轉子移動到一端，甚至導致轉子與機殼碰撞，從而引起事故。 平衡盤是通過利用兩側氣體之間的壓力差來平衡軸向力的組件。 熱套在主軸上，平衡盤通常僅平衡部分軸向力，剩余的軸向力由止推軸承來承受。 推力盤是固定在主軸上的推力軸承的一部分，其作用是通過油膜將轉子的殘余軸向力作用在推力軸承上，并確定轉子和固定元件的位置。

2.2離心式壓縮機的定子

定子是壓縮機的固定元件，由擴壓器、彎道、回流器、蝸殼及機殼組成。

（1）擴壓器：擴壓器的功能是通過葉輪產(chǎn)生的大量動能氣流來減速，從而有效地將氣體的動能轉化為壓力能。

（2）彎道：其功能是將氣流引導至再循環(huán)器，該再循環(huán)器在轉彎時會略微加速.

（3）回流器：其作用使氣流按所須方向均勻的進入下一級。

（4）蝸殼：其主要功能是收集擴壓器后面或葉輪后面的氣體，并使它們從壓縮機流到管道或氣體冷卻器。 另外，在大多數(shù)情況下，在氣體匯聚的過程中，蝸殼會引起殼外徑的逐漸增大，而流動面積的逐漸增大也對減慢速度和增加壓力起一定作用。

（5）軸承、支撐軸承：用于支撐轉子使其高速旋轉;止推軸承：作用是承受剩余的軸向力。

2.3輔助設備

（1）離心式壓縮機旋轉系統(tǒng)：空分設備中使用的離心式壓縮機由于轉速高，而通常由齒輪增速箱驅動。

（2）離心式壓縮機冷卻系統(tǒng)：冷卻方法主要是風冷卻和水冷。 冷卻的主要方面：主電機、壓縮氣體、潤滑油。 冷卻系統(tǒng)主要用于防止電動機過熱導致燃燒損壞。 和降低了各級壓縮氣體的溫度，同時降低了功率消耗，并通常安裝了水冷卻器。

（3）離心式壓縮機潤滑系統(tǒng)：離心式壓縮機組必須配備完好的潤滑系統(tǒng)。它用于向壓縮機組軸承、齒輪、變速箱和電機軸承供油。這樣在相對運動過程中，機組動件和靜件部分均可在液體（油膜）和固體之間實現(xiàn)摩擦，從而消除產(chǎn)生的熱量和微小的金屬粒子。整個潤滑油系統(tǒng)由油箱、泵前過濾器、油泵、油冷卻器、機油過濾器、油氣分離器、排煙風機、高位油箱，閥門和連接管路的主要部分組成。

4.離心式壓縮機震動故障分析

4.1油膜振蕩

軸承在高速工作的情況下可能會伴隨有油膜振蕩的情況發(fā)生，導致這種現(xiàn)象的原因是膜力因素。由于轉子的轉速不斷加大，振動的情況并沒有伴隨衰弱的現(xiàn)象出現(xiàn)，同時振動的頻率不會發(fā)生較大的變化。由于不同的轉子載荷的限度不同，出現(xiàn)半速渦動或者是油膜振蕩的現(xiàn)象也不一樣。

因為離心式壓縮機的工作時間延長了。油膜振蕩的問題也就表現(xiàn)的更加明顯。因為造成油膜振蕩現(xiàn)象的主要原始是油膜過多，所以若想保證離心式壓縮機能夠在較長一段時間保持良好的運行狀態(tài)，必須要確保油膜能夠在機械設備的選取與設計工作進行嚴格管控。

4.2離心式壓縮機出現(xiàn)軸位移故障分析

離心式壓縮機產(chǎn)生軸向位移，首先是由于軸向力的存在。而軸向力的產(chǎn)生過程如下：

在氣體通過工作輪后，提高了壓力，使工作輪前后承受著不同的氣體壓力。由于輪子兩側從外徑到輪蓋密封圈直徑的軸向受力是互相抵消的，因此，它的軸向力，由以三部分組成：

（1）在輪盤背部從直徑到軸頸密封圈直徑這塊面積上所承受的氣體的力;

（2） 在工作輪進口部分，從直徑到這塊面積上所承受的氣體壓力;

（3）進口氣流以一定的速度對輪盤所產(chǎn)生的沖擊力。

在一般情況下（1）>（2+3），所以每個葉輪的油向推力方向都是由葉輪的輪盤側指向進口側（輪蓋側）。如果所有葉輪同向安裝，則總軸向推力相當可觀。為了減少軸向推力，通常采用平衡盤，利用平衡盤兩側的壓力差產(chǎn)生與上述軸向力方向相反的力，來平衡掉軸向力的70%～～90%。除此之外，還可以在設計時使不同級的工作輪進氣方向相反，或采用雙面進氣葉輪來減小軸向力。剩余的部分由止推軸承來承受。在壓縮機運行中，當平衡盤密封被破壞，或平衡盤后低壓腔通大氣的小管被堵塞等原因，而失去抵消一部分軸向推力的能力時，則轉子的軸向力將急劇增加，致使止推軸承難以承受，并最終造成較大的軸向位移。另外，當止推軸承合金過度磨損，或因其它突然事故（例如潤滑系統(tǒng)突然斷油）而熔化時也會產(chǎn)生過大的軸向位移。 所以為了安全起見，離心式壓縮機均設有軸向位移安全指示器。當軸向位移超過允許值時，指示器會發(fā)出聲光報瞥或自動停機。在任何情況下，軸向位移過大均須立即停車處理，以免發(fā)生轉子與固定件相碰重大事故。

4.3離心式壓縮機軸承溫度升高故障分析

4.3.1由潤滑油系統(tǒng)引起的軸承溫度高

當潤滑油量不足或者潤滑油中斷時，就會造成軸承溫度升高，使軸承產(chǎn)生咬合，嚴重的情況可以導致巴氏合金熔化。而往往造成油量不足或中斷的原因可能是：

①主油泵遭到損壞而輔助油泵沒有及時進行投入供油;

②供油系統(tǒng)管路及連接閥門漏油或產(chǎn)生破裂，或者油管路堵塞;

③油箱中油位過低是造成油泵吸油量不足、吸不上油。

產(chǎn)生上述原因時，機組應加強每日正常檢查，及時查找原因，并采取相應措施進行處理。

潤滑油含有沙粒雜質等異物不夠清潔，被帶入軸承后導致軸瓦產(chǎn)生刮傷，嚴重的會使軸承溫度升高而造成巴氏合金熔化。應對油箱中潤滑油進行循環(huán)過濾，濾掉油里的雜質，檢查并清洗供油管線上油過濾器，必要時可以通過更換新濾芯來提高濾油效果。

結論

離心式壓縮機具有廣泛的應用領域，主要涉及石油、化工、機械等行業(yè)。由于離心式壓縮機的廣泛應用，研究離心式壓縮機的故障診斷技術具有重要的實際意義。從離心壓縮機故障機理的研究與分析，梳理出離心式壓縮機故障及機理，總結了離心式壓縮機故障診斷技術的應用情況，以期通過在線監(jiān)測以及將來的智能測控分析系統(tǒng)為離心式壓縮機后期負荷投產(chǎn)的研究提供一定的指導。

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