離心壓縮機組振動故障機理、辨識與處理對策淺析

張博強

摘 要：為實現離心壓縮機組振動故障的有效消除，文章特對離心機組的主要振動故障及其處理進行了分析。文章首先對離心壓縮機組進行概述;然后分析了離心壓縮機組運行中的主要振動故障機理;接下來對其振動故障的辨識進行分析;再將上述分析作為基礎，提出了機組振動故障的處理措施;最后提出了幾項主要的震動防控措施。希望通過研究與分析，可以為離心壓縮機組的震動故障消除及其運行效果保障提供科學參考。

關鍵詞：離心壓縮機組;振動故障;故障機理;故障識別;故障處理

中圖分類號： TH456? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）04-0063-03

0 引言

在離心壓縮機組的具體應用中，振動故障是一種比較常見的故障形式，如果此類故障得不到有效處理，便會對機組的運行質量造成不良影響，甚至會讓工業生產企業面臨經濟損失。因此，相關企業和運維技術人員一定要加強離心壓縮機組振動故障的分析，明確其故障機理與識別方法，并通過合理的措施來進行故障處理。同時也應該做好平時的故障防控工作。通過這樣的方式，才可以讓離心壓縮機組的振動故障得到有效防治，盡最大限度確保其安全穩定運行。

1 離心壓縮機組概述

離心壓縮機組的主要組成部分包括定子、轉子和軸承等。其中，轉子是由葉輪等部件套在主軸上所組成，借助于動力機所施加的驅動作用，轉子會在軸承上高速旋轉[1]。在當今，離心壓縮機組已經在工業領域中得到了廣泛應用，并在空氣、混合氣體以及各種工藝氣體輸送中發揮出了顯著的應用優勢。但是在離心壓縮機組的具體應用中，振動故障是一項需要重點關注和處理的內容，只有做好振動故障的處理，才可以有效確保離心壓縮機組的應用效果，滿足其實際應用需求。

2 離心壓縮機組主要振動故障機理分析

2.1 轉子不平衡故障機理

由于離心壓縮機組屬于旋轉型機械設備，所以在此類機組的運行過程中，如果出現了轉子不平衡現象，便會引發機組的振動故障。之所以會出現這樣的現象，其主要機理包括以下幾個方面：第一，如果離心壓縮機組轉子的材質及其生產工藝不佳，便會使其自身存在不平衡問題，進而引發振動故障。第二，在離心壓縮機組的具體運行中，如果因物料不均勻而出現了結垢現象，或者是葉輪出現了磨損問題，也會導致轉子不平衡，進而引發振動故障。第三，如果離心壓縮機組中的零部件出現了損傷性脫落問題，或者是有異物從外部進入到了壓縮機內部，便會導致轉子不平衡，并進一步引發振動故障[2]。

2.2 轉子不對中故障機理

在離心壓縮機組的具體應用中，因轉子不對中所引發的振動故障比較常見。之所以會出現這樣的情況，其主要原因在轉子的設計、安裝及其檢修方面。如果轉子的設計和安裝效果不佳，導致轉子位置偏離中心，便很容易出現對中故障。但是在離心壓縮機組的實際應用中，如果壓縮機負載過大，或者是技術人員操作不當，也都可能讓離心壓縮機組的轉子位置出現一定程度的偏移，進而導致不對中故障產生。

2.3 喘振故障機理

在離心壓縮機組的工作過程中，喘振故障不僅十分常見，且十分嚴重。該故障的主要成因是離心壓縮機組旋轉失速情況未得到有效控制，經進一步的發展，便導致了喘振故障。在離心壓縮機組的具體運行中，隨著負荷的逐漸降低，當進氣流量逐漸達到設計邊界時，受到壓縮的氣體將會從擴壓器或者是葉輪中脫離出來，進而出現嚴重的沖擊損失。這樣的情況不僅會降低離心壓縮機組的運行效率，同時也會使其管網內的氣流在壓力影響下出現回流現象，進而使離心壓縮機組和管道出現劇烈振動。另外，管網系統自身容積也會對離心壓縮機組的喘振頻率和振幅造成直接影響，容積越大，管網系統內部氣體越多，積聚的能量也越高，這樣就會產生越大的振幅;但是此種情況也會在一定程度上降低離心壓縮機組和管道喘振頻率。

3 離心壓縮機組主要振動故障辨識分析

3.1 轉子不平衡故障辨識

在對轉子不平衡所引起的離心壓縮機組振動故障進行判斷時，運維人員可通過振動頻譜和時域波形圖的方式來進行故障辨識。根據此類故障的成因分析可知，若轉子自身質量不平衡，轉子每轉動一周，其離心力便會出現一次響應，也就是振動頻率和轉子基頻一致，即振動頻率和轉動頻率相等。因此，在對此類故障進行辨識的過程中，基頻成分幅值可用作轉子不平衡故障的重要判斷依據。

3.2 轉子不對中故障辨識

在對轉子不對中所導致的離心壓縮機組振動故障進行判斷時，其主要的辨識方法包括以下幾點：第一，可通過振動趨勢進行識別，如果是由于轉子不對中所導致的振動故障，隨著轉子負荷的加大，其振幅也會逐漸上升。第二，離心壓縮機組自身的振動頻率大約在轉子頻率的二倍左右。第三，在此類故障產生之后，軸承中心高度相對較低的位置將會被架空，進而降低其油膜的穩定性，因此相較中心高度較高的位置，軸承振動也會更大。

3.3 喘振故障辨識

對于離心壓縮機組運行中出現的喘振故障，其主要辨識方法包括以下幾種：第一，喘振故障具有較低的震動頻率，通常在1～30 Hz之間[3]。第二，在喘振故障發生時，排氣端壓力以及進氣端流量會出現周期性較大的脈動。第三，管道內發出的噪音會加劇，且呈現出忽高忽低的現象。第四，在喘振過程中，離心壓縮機組殼體和軸承位置的振幅會顯著增加，且變化特征呈周期性。相比較其他形式的振動故障而言，在喘振故障發生后，軸向振動情況會更加顯著，軸位移情況也會顯著增加，產生的推力會加大軸承荷載。

4 離心壓縮機組振動故障處理策略分析

4.1 轉子不平衡故障處理

對于此類問題，如果是由于轉子自身材質或工藝問題，則需要進一步進行壓縮機組的合理設計，將高性能材料用作轉子制作材料，并使其加工工藝誤差得到良好控制，這樣便可有效解決轉子自身的不平衡問題。對于腐蝕和結垢導致的轉子不平衡故障，可在轉子設計中合理應用一些具有減緩腐蝕或結垢的措施，比如通過涂層法來防治腐蝕、結垢問題，以此來保障壓縮機轉子應用質量，避免轉子不平衡故障產生。這些方法對于離心壓縮機組振動故障的避免都具有很好的應用效果。

4.2 轉子不對中故障處理

在離心壓縮機組的具體設計、制造及其應用中，為實現轉子不對中故障的有效避免，以此來防止此類故障所引發的振動，生產制造企業就需要對轉子的設計及其安裝做到足夠重視。在此過程中，可通過一些措施來實現轉子的精確對中。比如，可借助于定位凸臺來進行設計。而在離心壓縮機組的安裝中，技術人員更應該嚴格按照生產制造商所提供的安裝標準來進行安裝，做好冷態和熱態數據的嚴格檢查與校核，并使其基礎沉降狀態保持合理[4]。在離心壓縮機組的應用過程中，技術和運維人員一定要對其軸承油膜壓力變化情況進行動態監測，若發現油膜壓力突然上升，則說明軸徑外表面和下半軸承體內表面的間隙已經在逐漸減小;如果發現油膜壓力呈現出下降趨勢，則說明軸徑外表面和下半軸承體內表面的間隙已經在逐漸擴大。對于這些問題，技術與運維人員一定要檢查壓縮機組是不是產生了轉子不對中問題，并根據實際情況，采取合理的措施來進行對中處理。通過這樣的方式，才可以有效避免因轉子不對中而導致的離心壓縮機組振動故障。

4.3 喘振故障處理

在離心壓縮機組出現了喘振故障之后，如果不能及時使其得到有效控制，引發的后果可能會非常嚴重，在交變應力的影響下，離心壓縮機組中的轉子會出現斷裂情況;如果喘振現象十分強烈，在喘振過程中，軸承和密封都可能會被損壞，進而造成非常嚴重的安全事故。因此，在離心壓縮機組的具體設計、制造與應用過程中，相關企業和工作人員一定要對此項故障做到足夠重視，并通過以下的措施來做好此類故障的防控：第一，在對離心壓縮機組進行設計的過程中，一定要使其操作穩定范圍加寬[5];第二，在離心壓縮機組中，應做好防喘振回路旁路等的設置，以此來實現喘振故障的有效防控;第三，對于離心壓縮機組，需要在其性能曲線上做好充足的裕度保留，以此來實現喘振預防控制線的設置。

在離心壓縮機組的具體應用中，如果出現了喘振故障，操作人員不可立刻停車，而是應該立刻打開喘振預防控制閥，讓入口流量可以在短時間之內迅速升高，以此來快速消除喘振現象。就目前的離心壓縮機組來看，自動化以及智能化技術已經在其中得到了廣泛應用，而借助于自動化與智能化控制技術，便可實現離心壓縮機組喘振故障的及時有效控制。在該故障得到控制之后，運維技術人員需要對其喘振故障的原因進行科學分析，然后根據具體原因和實際情況，采取合理的措施來解決喘振問題。但是若在應用中反復多次出現了喘振故障，操作人員就需要停車對其進行檢查，以此來確保喘振故障的及時消除。

5 離心壓縮機組振動故障防控措施分析

5.1 做好設計與加工質量控制

為了讓離心壓縮機組運行中的振動故障得到良好防控，在對此類設備進行設計時，設計者一定要確保其結構的合理性和簡潔性，這樣便可實現振動故障的有效降低。對于關鍵的零件，設計者一定要在充分的理論分析基礎上通過數字化三維仿真軟件進行模擬，以此來確保設計余量的充足。同時，由于壓縮機自身的精密程度很高，其公差需要得到嚴格控制，所以在對此類設備進行加工時，技術人員一定要注意確保零件的加工精度，并做好各個零部件裝配質量的保障。

5.2 定期檢修

在離心壓縮機組的具體應用中，相關企業和運維人員一定要定期對其進行檢修。通常情況下，運維人員不僅需要對離心壓縮機組的具體情況進行評估和判斷，同時也需要對其工作環境進行科學評估，然后以此為依據，合理制定離心壓縮機組的間隙周期。同時，運維人員還需要將離心壓縮機組的實際運行情況作為依據，定期對其進行保養。經相關調查和試驗發現，在離心壓縮機組運行了一段時間后，其中的一部分構件會逐漸老化，如果不及時進行維修或更換處理，容易對其運行質量和運行安全造成威脅[6]。基于此，運維人員一定要對離心壓縮機組中的零部件進行定期檢修，這樣才可以確保其運行效果，避免振動故障的產生。

5.3 及時更換磨損部件

在離心壓縮機組中，很多部件都容易被磨損，比如軸承、密封、軸套、葉輪等，如果這些部件的磨損不能被及時發現，便很可能引發振動和其他故障。因此，在對離心壓縮機組進行振動故障防控的過程中，運維人員一定要定期對容易磨損的部件進行更換，尤其是對于即將到達使用周期的部件，一定要及時做好更換處理。在此過程中，相關企業和運維人員也需要充分了解通過新型材料生產的部件，并將其用來替代傳統的易磨損部件，以此來延長更換周期，有效降低部件磨損情況的發生。

5.4 做好信息化維護

在當今的信息化時代中，所有的設備都可以通過信息化的方式來進行監控。因此，在對離心壓縮機組進行振動故障的防控過程中，相關企業也可以通過信息化的方式來維護。在此過程中，企業與技術人員可將PLC作為基礎，設計和開發一個自動化、智能化的離心壓縮機組運行監控系統，通過相應的傳感器來進行離心壓縮機組中各個部件運行參數的采集，并將其與預先設置在PLC自動化控制系統中的原始運行數據進行對比。若發現了離心壓縮機組中部件的運行參數異常，PLC會便會及時發出相應的異常報警，并將相應的控制指令及時下達到執行機構中;對于自動化監控系統無法消除的振動故障，系統會立即將異常報警發送給運維技術人員，使其明確異常現象及其出現的位置，并為其提供科學的維修參考方案。通過這樣的方式，不僅可以保障離心壓縮機組的運行效果，最大限度防止振動故障對其運行質量與安全的不良影響，及時消除離心壓縮機組的振動故障和其他故障，并實現運維技術人員工作效率的提高與工作強度的降低。

6 結論

綜上所述，離心壓縮機組在當今的工業領域中具有非常好的應用價值。但是在此類機械設備的具體應用中，一旦出現了振動故障，便會對其運行效果產生很大程度的不良影響，輕則影響其工作質量，造成離心壓縮機組中的部件損壞，重則將會引發嚴重的生產安全事故，為企業帶來重大經濟損失甚至人員傷亡。基于此，在對離心壓縮機組進行設計、制造和應用的過程中，相關企業和技術人員都應該加強對振動故障的分析，包括主要振動故障的形成機理、識別策略等，以此為依據，對離心壓縮機組的振動故障進行科學處理。同時，相關企業和技術人員也應該重視離心壓縮機組生產、制造及其應用中的振動故障防治措施，并使其得以合理應用。通過這樣的方式，才可以有效消除離心壓縮機組的振動故障，確保其安全穩定運行，進而為離心壓縮機組的良好應用以及相關企業的發展奠定堅實的技術基礎。

參考文獻

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[3] 程鵬達.大型離心壓縮機組振動故障診斷與處理分析[J].中國設備工程，2021（23）：186-187.

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