離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障處理技術(shù)及常見故障

陳光明，李 斌，商 波

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

1 離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障分析

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡與軸承負(fù)荷關(guān)系有關(guān)，如圖1所示。離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡故障主要表現(xiàn)在三個(gè)類型，包括漸發(fā)性不平衡、突發(fā)性不平衡、原始性不平衡。要根據(jù)不同的故障表現(xiàn)情況來判定故障類型。但無(wú)論是哪種轉(zhuǎn)子不平衡故障類型，其都會(huì)表現(xiàn)為以下特征：在轉(zhuǎn)子失衡狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)類似正弦波形，在臨界轉(zhuǎn)速下，隨著轉(zhuǎn)速增加，其振動(dòng)幅度也會(huì)增加；在臨界轉(zhuǎn)速以上，隨著轉(zhuǎn)速增加，振幅會(huì)逐漸趨于穩(wěn)定。

造成轉(zhuǎn)子不平衡故障的原因有：①轉(zhuǎn)子設(shè)備的幾何形狀重心設(shè)計(jì)沒有在旋轉(zhuǎn)中心軸上；②零部件與旋轉(zhuǎn)軸之間不匹配，增加了零件配合面之間的縫隙；③由于零部件的內(nèi)孔過大，在高速旋轉(zhuǎn)作用下會(huì)產(chǎn)生偏心情況；④轉(zhuǎn)軸上的零部件配置不均勻或不對(duì)稱⑤彎曲誤差較大，造成轉(zhuǎn)子偏擺。

圖1 轉(zhuǎn)子與軸承負(fù)荷示意圖

1.2 旋轉(zhuǎn)失速與喘振

導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)失速和喘振主要是因?yàn)闅怏w旋轉(zhuǎn)分離造成的結(jié)果。受到低頻振動(dòng)的影響，在檢測(cè)旋轉(zhuǎn)失速、喘振故障時(shí)難度很大。旋轉(zhuǎn)失速主要是因?yàn)榻橘|(zhì)進(jìn)入葉輪方向角與葉片進(jìn)口角不同產(chǎn)生的結(jié)果。旋轉(zhuǎn)失速故障的主要特征為：壓縮機(jī)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)失速范圍后，流量表現(xiàn)基本上穩(wěn)定；擴(kuò)壓器、葉輪失速超出可控范圍；流道內(nèi)做反方向環(huán)狀運(yùn)動(dòng)的氣流旋流，打破了內(nèi)部壓力的平衡[1]。

喘振作為旋轉(zhuǎn)失速的惡化結(jié)果，如果判定離心式壓縮機(jī)為喘振故障，要根據(jù)以往的維修經(jīng)驗(yàn)判定。喘振的故障特征有：殼體、軸承之間會(huì)產(chǎn)生非常劇烈的周期性振動(dòng)；壓縮機(jī)進(jìn)氣流量和出口壓力產(chǎn)生較大的周期脈動(dòng)；噪聲明顯增加。喘振可以用二維坐標(biāo)系表示，如圖2所示。

圖2 喘振曲線示意圖

1.3 轉(zhuǎn)子不對(duì)中

離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對(duì)中，是由于設(shè)備存在安裝誤差，工業(yè)生產(chǎn)存在熱膨脹、變形、基礎(chǔ)沉降等，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸線之間不對(duì)中，產(chǎn)生對(duì)轉(zhuǎn)子有害的動(dòng)態(tài)反應(yīng)。轉(zhuǎn)子不對(duì)中會(huì)造成壓縮機(jī)異常振動(dòng)，危害嚴(yán)重。不對(duì)中可以分為兩種形式，即軸承不對(duì)中、軸系不對(duì)中。軸系不對(duì)中還可以細(xì)分為平行不對(duì)中、角度不對(duì)中、綜合不對(duì)中。

1.4 軸承潤(rùn)滑油問題

軸承潤(rùn)滑油問題主要包括：油路阻塞、油路不暢、油壓過低、潤(rùn)滑不良，無(wú)法形成滿足離心機(jī)軸承承載能力的油膜，斷油問題會(huì)直接造成軸頸、軸瓦發(fā)生軸承和軸頸碰磨，甚至二者直接進(jìn)入到干摩擦狀態(tài)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲，并且會(huì)快速提升軸承運(yùn)行溫度，加速了軸承巴氏合金燒蝕速度。

2 離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的防治措施

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡方面

振動(dòng)激勵(lì)頻率低于基本頻率就會(huì)產(chǎn)生低頻振動(dòng)，主要表現(xiàn)形式為裂紋轉(zhuǎn)子、氣流激振、半速潤(rùn)動(dòng)、油膜震蕩。其中，氣流激振是最常見的因素，作為一種自激振動(dòng)形式，會(huì)突然產(chǎn)生力的作用，加劇了自身的運(yùn)動(dòng)力，并且這種突然產(chǎn)生的力會(huì)直接增加壓縮機(jī)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。所以必須要注重氣流激振問題。針對(duì)低頻振動(dòng)的主要措施是保證轉(zhuǎn)子平衡。可以通過增加系統(tǒng)運(yùn)行阻尼、降低氣流激振力、減小轉(zhuǎn)子氣流激蕩等解決此類問題。增大阻尼可以通過更換可傾瓦軸承，增加大葉頂間隙，減小軸向間隙，從而降低小氣流激振問題。

造成轉(zhuǎn)子不平衡的因素有很多，因此要針對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡的具體情況，采取針對(duì)性的防治措施。對(duì)于轉(zhuǎn)子幾何形狀中心不在旋轉(zhuǎn)幾何體軸線造成轉(zhuǎn)子不平衡的問題，需要采用動(dòng)平衡方案調(diào)整重心，也可以通過調(diào)整局部位置的重量實(shí)現(xiàn)中心平衡，通常是采用振型曲線校正的原則，將撓性轉(zhuǎn)子平衡[2]。對(duì)于壓縮機(jī)零部件和旋轉(zhuǎn)軸銜接不緊密的情況，也就是零部件相互配合問題，通常可以通過零部件規(guī)格調(diào)整即可解決。對(duì)于內(nèi)孔較大的情況，會(huì)在高速旋轉(zhuǎn)作用下造成偏心問題，需要保證加工配合面的加工精度，計(jì)算高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，確保在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下不會(huì)產(chǎn)生脫落情況。對(duì)于軸上零件配合不一致的情況，會(huì)造成每個(gè)零部件在軸上中心不對(duì)稱，需要在零部件安裝中，在軸上每個(gè)零件位置進(jìn)行校正，確保為軸對(duì)稱的位置。

2.2 失速與喘振方面

在離心式壓縮機(jī)運(yùn)行中一旦出現(xiàn)了失速和喘振等情況，首先要對(duì)離心機(jī)壓縮主軸情況進(jìn)行檢查，觀察設(shè)備是否能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)葉輪要重點(diǎn)檢查。再者，在壓縮機(jī)振動(dòng)故障中，認(rèn)真檢測(cè)裝配技術(shù)數(shù)據(jù)，如果檢測(cè)到壓縮機(jī)葉輪、密封環(huán)、吸入隔板產(chǎn)生了摩擦效應(yīng)，也會(huì)造成壓縮機(jī)振動(dòng)異常[3]。要及時(shí)拆除、更換已損壞的部件。

離心式壓縮機(jī)檢查過程中，很多工作人員忽視了壓縮機(jī)軸承實(shí)際徑向和軸向的位移情況，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)位移則要更換壓縮機(jī)軸承，確保軸向間隙符合設(shè)計(jì)要求，這樣才能夠減少失速情況，確保壓縮機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。考慮到軸承軸向、徑向位移等情況會(huì)增加轉(zhuǎn)子振幅，所以很多振動(dòng)聲音突然增大都是此類問題造成的結(jié)果。

2.3 轉(zhuǎn)子不對(duì)中方面

針對(duì)轉(zhuǎn)子不對(duì)中問題，要特別注重設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面[4]。加強(qiáng)圖紙審核工作，結(jié)合設(shè)計(jì)工藝?yán)鋺B(tài)對(duì)中數(shù)據(jù)核對(duì)，嚴(yán)格按照生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整軸承對(duì)中情況。在壓縮機(jī)安裝和試運(yùn)行中，要監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)殼表面溫度，分析熱膨脹是否均勻和受限。在操作運(yùn)行方面上，檢查壓縮機(jī)是否長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，介質(zhì)溫度是否超過了允許值范圍。做好機(jī)組沉降調(diào)節(jié)，檢查是否出現(xiàn)了滑板腐蝕、機(jī)殼變形等問題出現(xiàn)。采用激光矯正儀等儀器輔助工作人員校正精度，避免出現(xiàn)過大的精度誤差，這樣才能夠提升檢修效率。

2.4 軸承潤(rùn)滑油方面

壓縮機(jī)軸、軸瓦、軸承座的接觸面積符合標(biāo)準(zhǔn)，軸瓦和軸間隙、葉輪與渦殼間隙、齒輪嚙合間隙等符合要求，這樣可以更好地讓軸承潤(rùn)滑油形成穩(wěn)定的油膜。做好日常潤(rùn)滑管理工作，緩解壓縮機(jī)軸承磨損，預(yù)防設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)、燒蝕等問題。還要加強(qiáng)潤(rùn)滑系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)，定期更換潤(rùn)滑油，改善潤(rùn)滑油質(zhì)量，嚴(yán)格遵守光譜分析、理化檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 離心式壓縮機(jī)日常維護(hù)措施

3.1 及時(shí)更換壓縮機(jī)密封材料

很多離心式壓縮機(jī)密封都是采用鋁質(zhì)材料，在壓縮機(jī)快速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會(huì)增加鋁材的氧化腐蝕速度，清洗難度非常大，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致機(jī)組密封部位變形和斷裂情況，導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中轉(zhuǎn)子因?yàn)槟p嚴(yán)重而出現(xiàn)振動(dòng)情況。所以在日常維護(hù)當(dāng)中，如果發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)密封出現(xiàn)了變形或斷裂情況，可以考慮使用四氟或其他材質(zhì)代替，該密封材料不會(huì)產(chǎn)生氧化腐蝕問題，能夠極大降低密封變形或斷裂問題。

3.2 做好機(jī)組內(nèi)結(jié)疤處理

由于離心式壓縮機(jī)在日常運(yùn)行中轉(zhuǎn)速非常快，在葉輪、隔板等位置很容易產(chǎn)生結(jié)疤問題，降低了壓縮機(jī)設(shè)備的運(yùn)行效率，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)行失衡，縮短了設(shè)備的使用壽命。對(duì)于此類情況，要做好壓縮機(jī)日常維護(hù)工作，定期向進(jìn)口處加入清洗劑，借助設(shè)備的離心力即可將結(jié)疤清洗干凈。但需要注意一點(diǎn)，壓縮機(jī)的運(yùn)行速度很快，直接加入清洗劑會(huì)造成葉輪損壞，所以清洗劑要通過高壓液化之后再加入，讓清洗劑可以均勻地進(jìn)入到壓縮機(jī)內(nèi)部，保證設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

3.3 合理應(yīng)用檢修與維修設(shè)備

離心式壓縮機(jī)日常檢修工作量很大，這是因?yàn)閴嚎s機(jī)的檢修空間限制，檢修精度要求較高，對(duì)壓縮機(jī)檢修人員提出了更高的工作要求。因此要合理利用檢修與維修設(shè)備和儀器。對(duì)于兩軸同軸度問題，可以使用激光找正儀，確保機(jī)組中各個(gè)零部件誤差在0.3mm 以內(nèi)[5]。此外，還需要安裝壓縮機(jī)運(yùn)行監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行的故障問題，提高設(shè)備日常運(yùn)維質(zhì)量，避免一些隱藏故障造成更多的故障問題。

3.4 加強(qiáng)壓縮機(jī)日常監(jiān)測(cè)

離心式壓縮機(jī)一旦出現(xiàn)了振動(dòng)故障問題，輕則影響設(shè)備的生產(chǎn)效率、無(wú)法正常使用，重則造成安全事故。所以要注重壓縮機(jī)的日常監(jiān)測(cè)工作，確保壓縮機(jī)正常運(yùn)行的穩(wěn)定性。主要的措施包括：①定期監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)的振動(dòng)幅度、位移情況，借助傳感器監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)信息觀察、聽聲等措施，分析壓縮機(jī)在運(yùn)行中是否處于正常狀態(tài)，確保壓縮機(jī)設(shè)備可以正常運(yùn)行。②做好離心式壓縮機(jī)油質(zhì)狀態(tài)檢測(cè)工作，通過分析壓縮機(jī)運(yùn)行中的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等有關(guān)數(shù)據(jù)信息，明確壓縮機(jī)工作點(diǎn)部位，將已經(jīng)偏離的數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整，提高壓縮機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性[6]。③做好壓縮機(jī)振動(dòng)軸位移監(jiān)測(cè)工作，記錄其軸位移的數(shù)據(jù)信息，一旦出現(xiàn)了異常數(shù)據(jù)，必須要及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，離心式壓縮機(jī)在化工領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛，具有轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定、轉(zhuǎn)速快、部件不易損壞、流量大、不間斷工作等特點(diǎn)。然而對(duì)于離心式壓縮機(jī)振動(dòng)情況，需要第一時(shí)間分析產(chǎn)生振動(dòng)的具體原因，并針對(duì)性采取相應(yīng)的防治方案，特別是對(duì)于規(guī)格不匹配、磨損、老化的零部件，需要更新新的部件，嚴(yán)禁帶病運(yùn)行。做好離心機(jī)壓縮機(jī)的日常維護(hù)工作，加強(qiáng)壓縮機(jī)故障的實(shí)時(shí)診斷，這樣才能夠提高離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性。