離心式壓縮機振動故障現象分析以及處理

王凱　韓少帥

摘 要：離心式壓縮機在日常運行中出現故障多是由于機組振動而引起的機械故障，機組振動常見的有縮短壓縮機運行時間、減少壓縮機運行壽命甚至裝置停止，造成重大的經濟損失。 由于壓縮機故障日常損害嚴重，容易造成重大的經濟損失，筆者就日常工作中如何避免減少故障簡單闡述如下。

關鍵詞：葉片斷裂;低頻振動;改變意識;旋轉速度

離心式壓縮機是大型生產企業的主要動力設備，通常具有很大的轉速、流量大、連續工作、作業量大等特點，在日常作業生產中具有舉足輕重的作用，它的運行情況直接關系到整個企業的工作效率以及利潤，一旦出現機器故障，就會造成嚴重的經濟損失。

于是，對于離心壓縮機的定時監測和維護就尤為重要，它不僅僅可以及時發現壓縮機的故障苗頭，還能及時避免惡性事故的發生，從根本上解決目前設備定期維護過程中“失修”“過修”的問題。隨著經濟的發展，人們對生產需求的加大導致了需要更多的離心式壓縮設備，以來確保生產生活的需要。

一、離心式壓縮機工作原理

離心式壓縮機用于壓縮氣體的主要部件是高速旋轉的葉輪和通流面積逐漸增加的擴壓器。簡而言之，離心式壓縮機的工作原理是通過葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體的壓力能的。

更通俗地說，氣體在流過離心式壓縮機的葉輪時，高速運轉的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，另一方面速度也極大增加，即離心式壓縮機通過葉輪首先將原動機的機械能轉變為氣體的靜壓能和動能。此后，氣體在流經擴壓器的通道時，流道截面逐漸增大，前面的氣體分子流速降低，后面的氣體分子不斷涌流向前，使氣體的絕大部分動能又轉變為靜壓能，也就是進一步起到增壓的作用。顯然，葉輪對氣體做功是氣體得以升高壓力的根本原因，而葉輪在單位時間內對單位質量氣體作功的多少是與葉輪外緣的圓周速度密切相關的，圓周速度越大，葉輪對氣體所作的功就越大。

優點：

離心式壓縮機之所以能獲得這樣廣泛的應用，主要是比活塞式壓縮機有以下一些優點。

（一）離心式壓縮機的氣量大，結構簡單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小。

（二）運轉平衡，操作可靠，運轉率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護費用及人員少。

（三）在化工流程中，離心式壓縮機對化工介質可以做到絕對無油的壓縮過程。

（四）離心式壓縮機為一種回轉運動的機器，它適宜于工業汽輪機或燃汽輪機直接拖動。對一般大型化工廠，常用副產蒸汽驅動工業汽輪機作動力，為熱能綜合利用提供了可能。但是，離心式壓縮機也還存在一些缺點。

缺點：

（五）離心式壓縮機還不適用于氣量太小及壓比過高的場合。

（六）離心式壓縮機的穩定工況區較窄，其氣量調節雖較方便，但經濟性較差。

（七）離心式壓縮機效率一般比活塞式壓縮機低。

我國在五十年代已能制造離心式壓縮機，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進了一系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機，取得了豐富的使用經驗，并在對引進技術進行消化、吸收的基礎上大大增強了自己的研究、設計和制造能力。

二、離心式壓縮機故障

離心式壓縮機主要是通過旋轉部分的旋轉來完成，在旋轉的過程中，旋轉的葉輪中，流體被加速，在后續的擴壓器中，流體的速度轉換成壓力，從而實現氣體被壓縮的目的。在氣體被壓縮的過程中，葉輪給氣體作用力，反過來，氣體給轉子的作用力，這種作用力往往導致壓縮機轉子的振動，這種振動積累到一定的程度，就形成了振動故障，筆者在工作中簡單總結出以下幾種故障。

（一）強迫振動

壓縮機振動可以稱之為被強迫式振動，主要原因是壓縮機本體受到周期相同的振動而產生的作用。這種振動頻率在一定情況下會影響機器的工作，長期振動消耗壓縮機的大量能量，使得壓縮機轉子始終保持不間斷的等幅度振動，這種振動主要來源于能量補償壓縮機所消耗的能量。這種消耗主要來自軸承油膜的阻尼作用。如果外界輸入給轉子系統的能量都能夠被軸承的阻尼所消耗，這種轉子本身是比較穩定的，強迫振動始終要保持一定的幅度。如果在一定情況下，外界輸入給轉子的能量大于軸所承受的消耗的能量，那么轉子從外界獲得的能量將會被積累在一塊，從而使得振動越來越大，最后發散出去，這種現象造成轉子系統的不穩定，該振動反過來進而影響激振力。這種外激勵力的主要來源由壓縮轉子同他相連的壓縮轉子或者汽輪機轉子有聯軸器不對中、轉子本身可能存在的殘余不平衡量或者壓縮機運行過程中出現質量不平衡、轉子的靜摩擦、壓縮機內部尤其是轉子上的零部件松動或者轉子和軸承不見導致的非線性振動等。由于強迫振動是由于外界擾動力引起的，所以其特征頻率總是等于擾動力的頻率。

（二）自激振動

自激振動 self-excited oscillation 由靜能源的能量產生的持續而穩定的周期振動。在振幅小的期間，振動能量可平均地得到補充;在振幅增大期間，耗散的能量組成，被包含在振動系統中，此時補充的能量與耗散的能量達到平衡而接近一定振幅的振動。心臟的搏動、顫抖、性周期等一些在生物中所看到的周期現象，有許多是自激振動。

自激振動的特點是一旦交變力消失，自激振動也就自然停止了，自激振動的頻率與外在激勵頻率無關。通常的自己振動會激起轉子本身的低價模態，也就是說這種振動頻率取決于轉子本身的特性，壓縮機常見的自激振動現象有油膜渦動和油膜振動一起的振動。這種振動原理是由于轉動與軸承之間間隙中的潤滑油流動性導致轉子周邊的流體壓力不均勻分布。這種不均勻分布導致了一個不保守力，這種力量給轉子輸出能量。產生不均勻的壓力分布，這種分布對轉子的振動是非常有害的，短時間內就會對壓縮機造成嚴重的破壞。

（三）強迫振動

強迫振動是由于壓縮機轉子故障這里可以稱為非定常強迫振動。這種振動的產生是外來的干擾動力下導致的。同強迫振動一樣，外在的擾動力的頻率決定了離心力的壓縮機轉子的振動頻率振動本身的幅度大小值與相位也影響外來擾動力的幅度大小與相位。反過來，彎曲振動幅值和相位的變化又影響到熱變形的部位，有可能使得轉子的熱變形重新分布，從而使得該振動不斷的發生變化。

三、低頻振動的分析

低頻振動一般是指激勵頻率低于基頻振動，通常有油膜振蕩、氣流振蕩和紋裂轉子等幾類。

目前大型的轉子低頻主要來源與氣流的激振，它是一種自激振動，轉子由于內部機制觸發了振動的產生，將轉子一部分能量轉化為橫向振動的能量，維持轉子的不斷振動的力來自于運動本身，并且這種力量又會加劇轉子的振動，因此氣流自激振動是一種突然發生，并且會快速增加危害性極大的現象，需要引起人們的高度重視。

消除或者減少轉子氣流激振的措施一般從增大系統阻尼和減少氣流激振這兩個方面入手。增加氣流激振力的方法有適當的增大葉頂間隙，減少軸向間隙，調整轉子在剛體中的位置使圓周方向間隙盡量均勻等。

四、其他故障分析

（一）聯軸器以及中心

電動機與壓縮機轉動之間采用膜片聯軸器，膜片聯軸器對于軸器對于軸系中心不正具有較強的補償能力。從振動頻譜來看，振動的主要頻率為工頻成分，根據振動理論，如果對中不良，工振動會較大，甚至會超過工頻振幅值，這樣就會造成嚴重影響。

（二）軸承油膜

關于軸承油膜振蕩，根據振動理論，油膜的振動頻率約為工頻的一半，那么在一半的工頻中振幅比較大，但頻譜圖在工頻處的振幅值變化比較大，因此可以排除軸承油膜是失穩等故障。

（三）平衡的狀況

機組開始運行時振動比較小，說明壓縮機轉子出廠時動平衡狀況良好。運行一段時間后工頻分量振動逐漸增大，這說明轉子產生了彎曲或者在轉子上有可能產生了與不平衡相類似的新激振力。

（四）軸承磨損

由振動理論可知，如果軸承磨損，將會使轉子發生變化，在激振力不大時，也會產生比較大的工振動。因此在不能排除轉子運行一段時間后振動逐漸增大，這種缺陷逐漸產生。

（五）動、靜摩擦

從振動的規律上分析，機組的振動異常很大程度上都是由于摩擦引起的。動、靜的相互碰撞，轉子上受到一個大的沖擊作用，將會使得壓縮機產生異常的振動，同時在大的沖擊下，也可能導致振動后的變化，從而產生大的差異，造成一定的軸承損失。

五、處理方案

（一）在使用機器前，嚴格按照離心壓縮機操作要求進行開關機。

（二）做好機件檢查工作。主要的機器部件定期做檢查，如果發現有磨損或者有彎曲發生，及時做好更替工作，在檢查過程中做好記錄，以便及時全面的掌握機器運行情況。

（三）拆開后端蓋，導向葉片、入口錐形體，檢查裝配技術數據，發現設備部件發生了磨損。磨損部分及時的對其進行修復。

總之，隨著我國現代工業的高速發展，離心式壓縮機需要每年數量不斷增加，如何更好的做好離心式壓縮機管理工作，讓其在正常工作時間內能正常運行，已成為現代企業設備管理的重要目標之一。在壓縮機日常管理過程中就要通過對壓縮機的在線控制，出現小的故障及時排除，以便于在此故障產生較大的破壞之前，及時調整運行參數或有計劃地進行對其進行停機檢修。對壓縮機進行狀態監測，盡早識別出比較小的事故，并監測其故障的發展趨勢，以便于在此故障產生較大破壞之前，及時調整運行參數或者有計劃對對其進行檢修。所以，在使用過程中及時對監測及時故障診斷的研究，具有非常重要的意義。

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作者信息：王凱 （1991.2—），男，籍貫：洛陽 學歷：大專 現在工作單位： 河南省中原大化集團有限責任公司 ，研究方向：? 化工機械。