軸流壓縮機軸承箱振動大原因排查與處理

葉宗春，何世文，陳道海

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源管控中心，安徽馬鞍山 243000）

1 軸流壓縮機軸系統概況

馬鋼2 500 m3高爐風機房2004 年引入一臺陜鼓制造的AV80-15 軸流壓縮機組，轉速4 257 r/min，配套了1 500 r/min 的西門子同步電機和MAAG 增速齒輪箱。該機組軸系如圖1所示，共有8只徑向滑動軸承（1～8）和3副推力軸承（9～11），增速齒輪箱與同步電動機及軸流壓縮機的聯接均采用膜片聯軸器（12、13）。

圖1 軸流壓縮機軸系示意圖

2 軸承箱振動大現象發現與初步處理

2.1 機械振動—振動烈度的現場測量與評價標準

軸流壓縮機的穩定運行對高爐生產十分重要，而振動是反應壓縮機運行狀況的重要參數。振動如果超過允許范圍，設備將產生較大的動載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴重時會導致零部件的早期失效。為此，該軸流壓縮機配置了Bently 3500 系統，在線實時監測轉軸振動位移量，同時定期人工檢測軸承箱體的振動速度值。根據《機械振動—振動烈度的現場測量與評價標準》（ISO394-1985）中規定的，轉速范圍為10～200 r/s的大型旋轉機械振動烈度的評定等級（見表1），振動烈度在B 級以上的機器可長期運行，其中剛性支承軸承振動烈度速度值在4.6 mm/s以下。

表1 大型旋轉機械振動烈度的評定等級

2.2 機組軸承的異常現象與故障

2011 年底該機組壓縮機傳動端軸承箱體軸向振動速度偏大，達到7 mm/s。2012 年9 月檢查軸承時發現軸瓦緊力不足，處理后軸承箱的軸向振動速度降到3 mm/s 左右，之后又逐漸增大到7 mm/s 左右。根據表1，該機組振動烈度評定等級為C 級（4.6～11.2 mm/s），尚可短期運行，但必須采取補救措施。由于該機組實時監測的各軸振動數值一直穩定在正常范圍內，對機組其他部位振動速度檢測未發現明顯異常，未能查明軸承箱體軸向振動速度偏大的原因。

2016年1月該機組因推力軸承副推面溫度探頭及備用探頭均故障而停機檢修，檢修時發現該推力軸承副推面瓦塊的下平衡塊開口定位銷斷裂13根，更換定位銷后投入僅3天再次出現推力軸承副推面溫度探頭故障，停機檢查發現又有4根定位銷斷裂。由于連續出現了相同的故障，已影響到機組的安全穩定運行，必須查明故障原因。

2.3 軸承箱振動大的原因分析與初步處理

初步分析，推力軸承的故障與軸承箱軸向振動速度大的現象有關聯性，壓縮機軸系應該有交變的軸向力。判斷軸承箱軸向振動速度大的原因可能有：

（1）軸承座剛性不足或基礎螺栓緊力不足；

（2）軸瓦間隙或瓦與殼接觸不良；

（3）軸系對中不良；

（4）膜片聯軸器因膜片失效導致性能不穩定等。

針對這些可能的原因先后進行了多次檢修，2016年2月對軸承箱、高速軸聯軸器檢查，調整軸承的軸瓦間隙及軸承緊力，加固軸承箱底腳螺栓，調整聯軸器墊片增加檔距；2017 年8 月調整軸流壓縮機軸系對中，更換了膜片聯軸器，檢查軸承底座基礎貫穿螺桿。每次檢查均未發現明顯問題，在調整回裝后該點振動有所好轉，但是投運一段時間振動再次增大，軸向振動速度最大時達到11.5 mm/s。2005 年到2017 年軸承箱軸向振動速度有效值趨勢如圖2所示，振動大問題未能得到根本解決。

圖2 軸向振動速度有效值趨勢圖

3 振動大原因的進一步排查分析

3.1 軸承箱振動變化規律總結與分析

因軸承箱振動大問題一直未能根除，對此進行了長時間的跟蹤觀測，根據跟蹤數據總結出該點振動的一些規律。

規律一：機組冷態啟動投運后該點軸向振動速度在3 mm/s以內，但在運行一天以上后該點軸向振動速度逐漸上升至5～9 mm/s。

規律二：該點軸向振動速度夏季比冬季高，夏季在8 mm/s左右，冬季在5 mm/s左右。

規律三：該點軸向振動速度對進氣溫度比較敏感，氣溫急速下降或脫濕投運時，振動速度會明顯上升，甚至到10 mm/s以上。

從以上規律分析該點的軸向振動速度偏大與溫度有關，進一步推斷應該是溫度引起的轉軸熱膨脹導致軸向振動加劇。壓縮機與增速箱小齒輪軸系上兩端各有一副推力軸承，限制了轉軸的軸向位置，壓縮機冷態與熱態溫差約200 ℃，由此產生的軸向膨脹量由壓縮機與增速齒輪箱之間的膜片聯軸器吸收，轉軸的膨脹量可能會使膜片聯軸器軸向壓縮量過大導致失穩。

3.2 膜片聯軸器參數驗證

為驗證以上判斷，2017 年底對聯軸器參數進行檢查復核。在壓縮機剛停機熱態情況下聯軸器的檔距為1 435 mm，冷態下聯軸器的檔距為1 439.5 mm。查看聯軸器圖紙，其軸向尺寸為1 440.5 mm；查看壓縮機安裝圖紙，聯軸器的安裝檔距為（1 440.5＋8）mm，其中8 mm 是膜片聯軸器的預拉伸量。預拉伸是指在膜片聯軸器冷態安裝時軸向預先拉伸一定的量，使聯軸器膜片在軸系熱態膨脹后軸向變形減小，延長膜片的使用壽命。由檢查結果發現，壓縮機在安裝中忽略了聯軸器的預拉伸量，且在膜片聯軸器兩側還各加了1.6 mm 的墊片，使膜片聯軸器在冷態時就有了3.2 mm 的壓縮量，在轉軸熱態膨脹后壓縮量更大，承受較大的軸向壓縮力。

4 膜片聯軸器預拉伸量不足問題處理

4.1 處理方案分析

針對聯軸器安裝檔距不夠的問題，與陜鼓及聯軸器廠家人員共同分析協商處理方案。

方案一：壓縮機的整體移動讓出8 mm，難度大，基本不可能；

方案二：聯軸器中間段切斷縮8 mm 再重新焊，對施工精度要求高，存在較大的質量風險，且今后的聯軸器備件申報也比較困難；

方案三：重新制作聯軸器的過渡法蘭（圖3中部件2），軸向尺寸縮短8 mm，較為簡單，成本低，且對今后的檢修和聯軸器備件沒有影響。

圖3 膜片聯軸器結構尺寸圖

4.2 方案實施與效果檢驗

經過分析討論，決定采用方案三，委托廠家重新制作聯軸器靠增速齒輪箱側的過渡法蘭，將過渡法蘭軸向尺寸由55 mm 降為47 mm，縮短8 mm，其他尺寸不變。

2018年4月新的過渡法蘭制作完成后更換下原過渡法蘭，滿足了膜片聯軸器的預拉伸要求。隨后該機組投入運行，經2年多的跟蹤觀測，壓縮機傳動端軸承箱軸向振動速度值穩定在3.5 mm/s 左右，溫度變化對振動影響很小，壓縮機推力軸承溫度及平衡塊定位銷未出現異常故障。該機組的振動烈度評定等級為B級，可以長期運行。

5 結束語

通過對軸流壓縮機軸承箱振動速度大的原因排查與處理，解決了生產難題，確保軸流壓縮機的穩定運行。同時，對膜片聯軸器的使用與維護有了更深的理解，特別是在同一軸系中有兩個推力軸承的情況下如何設置膜片聯軸器的預拉伸量，提高了處理類似問題的能力。