大型離心壓縮機組振動故障診斷與處理

李超華

摘 要：大型離心壓縮機運行過程中容易出現(xiàn)振動故障的問題，嚴重影響實際的使用安全性與穩(wěn)定性。本文首先介紹了大型離心壓縮機的工況特征，其次對大型離心壓縮機發(fā)生振動故障的特性進行了分析與探討，然后分析了大型離心壓縮機發(fā)生故障的原因，最后則結(jié)合上述內(nèi)容，闡述了大型離心壓縮機故障排除策略，希望可以進一步改善運行環(huán)境，提升減振效果。

關(guān)鍵詞：大型離心壓縮機;振動故障;診斷策略

0 引言

大型離心壓縮機在科研、工業(yè)生產(chǎn)中都具有廣泛的應(yīng)用，作為重要的動力設(shè)備，其同時也具有許多常規(guī)離心壓縮機所不具備的優(yōu)勢，包括結(jié)構(gòu)復雜、工況穩(wěn)定性要求高等等，但是在應(yīng)用過程中，由于投產(chǎn)時間、運行工況的變化，很容易出現(xiàn)設(shè)備故障的問題，如不及時進行故障排除，會導致嚴重的生產(chǎn)安全事故。為了進一步探討大型離心壓縮機的故障處理策略，現(xiàn)就某項目的具體大型離心壓縮機工況簡單介紹如下。

1 大型離心壓縮機組工況概述

大型離心壓縮機作為工業(yè)生產(chǎn)中常用的機械設(shè)備，其具有體積大、結(jié)構(gòu)精密復雜的特征，運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)高負荷運行的情況，所以很容易出現(xiàn)機械故障。采取科學的機械狀態(tài)調(diào)整與故障診斷監(jiān)控模式，可以顯著改善工況現(xiàn)狀。

本次研究選取某大型離心壓縮機組，該設(shè)備啟動后出現(xiàn)兩端軸承振動值超標的問題，由于運行的安全性受到威脅，無奈被迫停機。該機組的構(gòu)成圖如下圖1所示，根據(jù)圖中的構(gòu)成情況來看，該大型離心壓縮機設(shè)備主要包括有壓縮機、變速箱、電機構(gòu)成，各個部件之間由軸承相互連接，其中聯(lián)軸器分別為齒套聯(lián)軸器，整個大型離心壓縮機的運行參數(shù)為額定功率5000kW，電壓10kV，額定轉(zhuǎn)速2900r/分。

2 大型離心壓縮機組振動特性分析

結(jié)合大型離心壓縮機的振動特征，對其安裝方式進行分析，從而探究出相應(yīng)的振動特性。采取簡化分析方法，離心式壓縮機的振動來源通常來自于旋轉(zhuǎn)部件的重心偏移，由于重心偏離中心線，很容易出現(xiàn)基頻振動的問題。實際上，大型離心壓縮機運行過程中，離心式壓縮機與變速箱會借助于齒套連軸設(shè)備來達到相應(yīng)的動力傳遞效果。在支撐與轉(zhuǎn)軸彈性變化相對穩(wěn)定的情況下，軸心線與齒套之間會存在一個夾角，這個夾角的運動模型相對確定，會圍繞著中軸進行一定角速度的旋轉(zhuǎn)。在齒套的聯(lián)軸器部分，軸心線與齒套會形成一定的夾角，此時坐標系當中的轉(zhuǎn)速相對確定。由于不同的轉(zhuǎn)速存在一定的誤差，所以全部以逆時針旋轉(zhuǎn)時就會出現(xiàn)套齒隨著轉(zhuǎn)軸過度的情況，整個嚙合長度會發(fā)生變化，隨之會想著降低配合的齒面長度發(fā)展。整個半軸套齒會想著正方向移動，此時齒面會受到較大的摩擦力影響。一般來說，轉(zhuǎn)軸的上方會出現(xiàn)最大嚙合長度的影響，始終想著增長配合的角度發(fā)展，此時半軸齒套會向著負方向變化。由此可見，軸向的周期性振動往往與平行偏角當中的振動有關(guān)。大多數(shù)情況下，由于軸系不會對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生更高的附加載荷，所以軸承的振動不會超過標準，但是隨著載荷的增加，可能會出現(xiàn)振動對于負載的敏感度增加的情況，進一步導致負荷的增加。軸系當中振動信號的頻譜主要以一倍頻和二倍頻為主，軸系對稱不足，二倍頻的分量占比會增加，這也是導致出現(xiàn)大型離心壓縮機振動加劇的重要原因。

3 大型離心壓縮機組振動故障診斷

大型離心壓縮機的振動故障排除，關(guān)鍵在于故障的診斷，除了需要做好振動測量，還需要借助于在線分析系統(tǒng)來確保故障診斷的精準度、時效性，現(xiàn)探討如下。

3.1 振動測量

振動數(shù)據(jù)的采集是數(shù)據(jù)測量的基礎(chǔ)條件，首先需要做好壓縮機、變速箱、左右軸承的傳感器設(shè)置工作，確保傳感器能夠?qū)φ駝舆M行精準的測量。一般來說，選擇進口的動態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)能夠確保振動信號的分析效果。在做好采樣設(shè)置工作后，需要做好積分處理，對振動的速度進行采樣分析，采用實時頻譜來進行跟蹤測量，有必要的話可以做好總量與不同頻率的振動值分別測量，確保整體測量的效果。在本次研究中，根據(jù)振動的劇烈程度與采樣率來進行振動信號積分情況的分析研究即可。

3.2 振動分析診斷

振動分析診斷工作需要參考相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)標準值，一般來說大型離心壓縮機的振動值不得超過4.2mm/s，結(jié)合具體的機組特征與使用的年限，可以適當予以放寬，但是整體差異不得超過100%。本項目分析過程中，電機的振動頻率以及振動基本條件都需要做好診斷，同時還采用螺栓連接處針對性檢驗的方法，確保振動分析工作的效果。現(xiàn)階段電機屬于直接啟動模式，壓縮機則作為節(jié)流啟動單元，針對機組進行啟動和全過程變載運行監(jiān)測。根據(jù)具體的調(diào)整情況來進行振動總量的分析，分析過程中主要針對電機的前部、水平位置、軸向以及其他位置的振動頻率進行分析整理，振動值沒有超過限制的數(shù)值，運行整體穩(wěn)定。但是在后續(xù)的測試過程中發(fā)現(xiàn)，隨著時間延長，出現(xiàn)振動超標的趨勢就越來越大，最后已經(jīng)達到了嚴重超標的情況，此時齒輪箱的振動值雖然不高，但是由于啟動時會出現(xiàn)異常撞擊，所以也會導致擠壓痕跡擴大。結(jié)合具體的實施經(jīng)驗來進行分析，軸線的中心區(qū)域存在傾角與偏移問題，所以嚙合不到位是導致出現(xiàn)振動加劇的主要原因。根據(jù)上述分析結(jié)果來看，齒輪箱內(nèi)部存在脫離嚙合以及嚙合沖擊的情況，導致出現(xiàn)振動加劇的原因是安裝誤差以及長期使用導致的局部嚙合脫離，另外還有一些因素包括軸承的剛度不足、預(yù)緊力下降等等，都是出現(xiàn)振動故障的原因。

4 大型離心壓縮機組振動故障的處理措施

結(jié)合上述分析結(jié)果，大型離心壓縮機出現(xiàn)振動故障的原因已經(jīng)確定，現(xiàn)就相關(guān)故障的處理措施分析如下。

首先，開蓋并對變速箱進行安裝參數(shù)測量，對安裝精度不足的問題進行調(diào)整，特別是解決一些不符合檢查標準的項目，及時消除異常運行的狀態(tài)，恢復到調(diào)試運行的合理狀態(tài)。其次，機組運行停機后進行同軸度與熱變形量測量，對機組穩(wěn)定運行狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)進行對比，以此來確定熱量對偏差帶來的影響，為更好的完成參數(shù)調(diào)整與信息調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)。最后，針對大型離心壓縮機的前軸預(yù)緊力進行調(diào)整，通過上述分析，可以得到相關(guān)測試點振動值的變化情況，通過預(yù)緊力調(diào)整，加固緊固螺栓的約束力可以更好的滿足生產(chǎn)安全的控制需求。在經(jīng)過單機調(diào)試后，對整體的振動總量進行穩(wěn)定性的控制，并實施效果評估。經(jīng)過評估后發(fā)現(xiàn)，大型離心壓縮機的前軸測點振動總量得到了合理的控制，整體運行穩(wěn)定性顯著提升。經(jīng)過多次機械磨合運行后，機組的測點振動值都在限定范圍內(nèi)，同時振動異常聲響減少，接觸面得到了改善。經(jīng)過多次單機加載運行以及聯(lián)合調(diào)試后，都沒有出現(xiàn)任何問題，證明該故障已經(jīng)得到解決。

5 總結(jié)

綜上所述，大型離心壓縮機在運行過程中不可避免的會出現(xiàn)一些振動故障風險，及時發(fā)現(xiàn)這些分析，做好科學振動分析診斷工作，才能夠在最短的時間內(nèi)解決故障風險，延長設(shè)備的使用壽命。在本項目中采取了科學的振動分析模式，在確定振動故障的來源后，采取了機械磨損運行調(diào)試工作，經(jīng)過技術(shù)調(diào)整，最終變速箱的異常振動消失，多級聯(lián)合調(diào)試的效果得以實現(xiàn)，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會效益。

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