離心壓縮機組振動故障機理、辨識與處理對策

劉金旭 齊晉茁 呂文浩

摘要：離心式壓縮機在現代工業生產中有著非常重要的作用，假如離心式壓縮機在運行過程中出現了故障，那么就會影響生產的正常進行，嚴重的還可能會對企業造成經濟損失。本文對離心式壓縮機組振動故障的產生機理、辨識以及處理策略展開了分析與探討，希望能夠給同行業人員提供一些參考。

關鍵詞：離心壓縮機;振動機理;故障辨識

0? 引言

離心式壓縮機是一種非常核心的設備，其運行的安全與穩定直接會對企業的效益產生影響。比如，乙烯裂解裝置生產運行中，假如乙烯三機由于離心壓縮機故障出現非計劃停車狀況，那么可能給企業造成數百萬甚至上千萬的損失。因此，在離心式壓縮機實際使用過程中，如何能夠快速的辨識出故障發生部位以及原因，并采取措施進行防范和處理就成為了業界所關注的一個重要話題。

1? 轉子不平衡故障

1.1 發生的機理分析

離心式壓縮機是旋轉式機械設備，在其運行中如果轉子出現了不平衡，那么就會引起壓縮機振動。這主要是由于下面幾種情況所導致的：①因為轉子原材料以及生產工藝存在問題，導致轉子本身就存在不平衡;②在離心式壓縮機組運行中，出現物料不均勻結垢或者是葉輪發生率磨損，就會引發轉子不平衡;③壓縮機零部件發生損傷性脫落或者外部異物的進入，引發轉子不平衡。

1.2 故障辨識

對于壓縮機振動故障是不是由于轉子不平衡所引發的，故障人員可以運用振動頻譜圖以及時域波形圖來對其進行辨識。通過對轉子不平衡故障發生的原因進行分析能夠得知，如果轉子質量不平衡，那么在其旋轉過程中，轉子每旋轉一周，離心力就產生一次響應，即轉子不平衡的表征是振動頻率與轉子的基頻相等，也就是說振動頻率等同于轉速頻率。基頻成分的幅值明顯占據主導地位，這是判斷振動是否由不平衡引起的最重要依據。

1.3 處理方式

對于轉子本身存在的原始不平衡故障，需要進一步提升壓縮機設計的合理性，選擇使用高性能的材料以及加工工藝來對誤差進行控制。對于由結垢和腐蝕引發的不平衡故障，可以在設計中融入一些減緩結垢或者腐蝕的措施，比如可以采用涂層技術來防止離心式壓縮機葉片出現結垢。

2? 轉子不對中故障

2.1 發生的機理分析

在離心式壓縮機組實際運行中，轉子不對中也是其振動故障發生較為常見的原因。導致轉子不對中的因素主要有設計方面因素、安裝因素以及檢修因素。即便離心式壓縮機組的轉子進行了正確安裝，但是如果在其實際的使用過程中工作人員操作不當或者壓縮機本身的負荷過高，那么都可能會導致轉子位置發生一定的偏移，從而破壞其對中，引發不對中故障。

2.2 故障辨識

對于由轉子不對中故障引發的振動問題，經過總結，能夠按照下面的方法來對故障進行辨識：

①在振動趨勢上，轉子不對中導致的振動，其振幅會隨著轉子負荷的增加而上升。

②壓縮機振動的頻率約為轉子頻率的2倍。

③轉子不對中故障發生后，中心高相對低的軸承被架空，這時候其油膜穩定性會發生下降，所以這時候中心高相對低的軸承振幅比中心高相對高的軸承振動要大。

2.3 處理方式

在實際生產中，為了盡可能的避免轉子不對中引發的振動故障，故障人員在對離心式壓縮機組進行設計時要充分考慮精準對中的一些措施，比如在設計中設置定位凸臺。同時，故障人員在對壓縮機進行安裝的過程中要嚴格按照生產廠商提供的標準來實施安裝;對冷態、熱態數據要進行仔細的檢查以及校核;確保基礎沉降狀況的合理性。在運行中，故障人員要對壓縮機軸承油膜壓力的變化動態進行監測，如果油膜壓力出現升高趨勢，那么就表明軸頸外表面與下半軸承體內表面之間的間隙有縮小的趨勢;如果油膜壓力出現下降，那么就表明軸頸外表面與下半軸承體內表面之間的間隙正在變大。故障人員發現這些信號之后，就要對壓縮機是否存在不對中故障進行判斷，并選擇合適的措施進行處理和解決。

3? 喘振故障

3.1 發生的機理分析

喘振是離心式運行中非常常見也非常嚴重的一個問題，喘振是由于壓縮機旋轉失速進一步發展所導致的。在壓縮機運行過程中，伴隨著其負荷的降低，進氣流量趨于設計的邊界時，被壓縮的氣體會脫離葉輪或擴壓器的流道表面，帶來顯著的沖擊損失。這樣不但會導致壓縮機組的運行效率出現下降，同時也會使壓縮機組的出口氣體壓力發生下降，導致管網中的氣流在壓力差作用下發生回流，最終導致壓縮機以及管道的劇烈振動。管網系統本身的容積會對壓縮機喘振頻率以及振幅產生相應的影響，比如，容積愈大那么內部氣體積蓄的能量也就會愈高，其可以產生的振幅也就會愈大，但是這種情況下，喘振的頻率會發生下降。

3.2 故障辨識

離心式壓縮機出現喘振現象時，主要表現為下面一些特征：①喘振的振動頻率較低，一般為1-30Hz。②發生喘振時，進氣端的流量與排氣端的壓力會產生較大的周期性脈動。③管道中產生的噪音加劇，而且時高時低。④喘振時，殼體與軸承處的振幅均明顯變大，呈現周期性變化的特點。與其它振動故障的主要區別為，喘振發生后會使軸向振動更加明顯，軸位移明顯增大，推力軸承荷載增加。

3.3 處理方法

離心式壓縮機發生喘振如果無法及時進行控制那么可能會造成嚴重的后果，比如壓縮機的轉子在經受交變應力的作用下會發生斷裂;或者強烈的喘振過程中可能致使密封與軸承發生損毀，引發嚴重生產事故。所以，在實際生產中要重視對喘振故障的預防和控制，具體措施如下：①在壓縮機本體設計時加寬穩定操作范圍;②為離心式壓縮機組設置防喘振放空或回流旁路;③在壓縮機性能曲線上保留足夠的裕度來設置防喘振控制線。

當喘振出現之后，通常不要立即停車，而是應該立即將防喘振控制閥打開，使入口流量在短時間內快速上升，從而使喘振現象消失。在當前的壓縮機中，自動化、智能化技術的運用，這一個過程通常是由系統自動來控制實現的。之后工作人員要對引發喘振的運用進行分析，并采取措施進行解決。但是如果喘振現象多次反復的出現，那么就需要停車檢查。

4? 離心式壓縮機組的振動故障預防和控制方法

4.1 合理的設計和嚴格的質量控制

設計是離心式壓縮機設備能否穩定運行的開始，合理簡潔的結構是減少故障的必要前提。同時，要對關鍵零件進行理論分析和模擬，保證合理足夠的設計余量。另一方面，因為壓縮機本身的精密性，對公差的控制非常嚴格，需要有足夠精度的加工設備來保證零件的精度。在保證零件質量的同時還要保證裝配的質量，這樣才能使壓縮機達到最好的狀態。

4.2 關鍵零件采用高科技產品

離心式壓縮機本身是化工生產的重要核心設備，很多壓縮機自身的關鍵零部件需要采用高科技的產品，這些產品的穩定性，可靠性以及耐磨性都要好于一般的產品，只有這些產品自身是好產品，才會保障壓縮機的工作穩定性和工作可靠性。現如今，我國的新技術、新手段正在不斷的研制和開發中，因此，對于關鍵零部件不要吝嗇，要采用最好的，從而保證壓縮機的正常工作。

4.3 定期進行檢修

任何設備都要進行定期的檢修，尤其像離心式壓縮機這樣的核心設備，定期檢修更是非常有必要。一般情況下，需要對離心式壓縮機的工作環境以及配套設備具體情況進行有針對性的判斷和評估，制定有效的定期檢修周期，通常根據壓縮機的運行情況，還需要對壓縮機進行定期的保養。通過試驗和調查，壓縮機部分構件一般在使用一段時間之后，會逐漸劣化，若不及時更換，可能會導致軸承等部件受到損害，極大的威脅壓縮機的安全運行，因此，及時和定期的進行壓縮機的檢修保養是保證其正常運行的必要手段。

4.4 加強磨損部件的檢查

離心式壓縮機中，比如氣缸和活塞這些很容易出現磨損的零部件，需要加強它們的檢查，一旦發現易磨損零部件出現問題，那么就需要進行更換或者進行補救措施。一般情況下，易損件都會要求在固定的使用周期后進行更換。近幾年來，我國在新型材料方面有了很大的進步，對于離心式壓縮機中的一些易損件也采用了這些復合性的材料來替代傳統材料，不但工藝上更加的方便，而且功能方面也有長足提升，使用壽命和更換周期也不斷增長。由此，在關鍵部位采用一些新型的材料，可以有效降低磨損問題的發生。

4.5 重視報警信號

離心式壓縮機組都是高壓帶電設備，安全性非常重要。目前市場上主流的壓縮機設備都配備有各種相關的保護措施，如電機保護、壓力保護、溫度保護等等。因為操作人員的專業性不足或者不重視等原因，調查中發現過很多工作人員忽略保護信號甚至重置設備保護信息的問題。而往往是一些問題沒有被及時發現和排查之后，導致整個離心式壓縮機設備由一點小問題產生了最后的大問題，嚴重的可能導致壓縮機直接損壞，引發整個生產系統無法運行甚至產生安全事故的情況。所以，發現異常信號要及時記錄和反饋，認真排查故障，保證壓縮機良好健康的運行。

4.6 積極引入信息化維護手段

現如今，我國已經進入信息化的時代，任何設備的監控都可以采用信息化的手段，尤其是壓縮機的維護手段，可以采用信息化的方式，對離心式壓縮機施行實時的監控，對于關鍵的零部件要加入實時監測，一旦壓縮機出現問題或者核心設備出現問題，那么相關系統就會立刻進行警報并進行記錄，幫助維護維修人員第一時間掌握壓縮機的工作情況，對于確保壓縮機的穩定運行提供最大的幫助。

5? 結語

綜上所述，離心式壓縮機組是當前化工生產中非常重要的一種設備，如果其發生振動故障那么可能會導致生產停機。因此，工作人員要從設計、材料、安裝、運維等多方面采取措施來對壓縮機組的振動故障進行防控，避免其出現計劃外停機狀況，保障企業的整體經濟效益。

參考文獻：

[1]屈世棟，侯振宇.離心式壓縮機油膜渦動故障的識別及對策[J].化工機械，2012，039（006）：820-822.

[2]張宏樂，楊小平.大型離心壓縮機組振動故障診斷與處理[J].設備管理與維修，2011（007）：46-49.

[3]張亮.淺談離心式壓縮機運行中常見的問題及應對措施[J].建筑工程技術與設計，2017（24）：4802.