空壓機大修后軸振動異常跳車的原因與處理措施

許敏，張砷釔，王利聰

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

空壓機組是空分裝置中最為重要、精密的動設備，是空分裝置平穩生產的關鍵。如何保障空壓機組的高效、正常運行，不僅僅要靠日常的工藝操作、設備點巡檢、日常的維護保養等，更要根據壓縮機組的實際運行狀況和條件，參照前次檢修時的設備狀況和機組的使用技術要求，對壓縮機組進行按時按計劃的解體大修工作，做到點檢定修、按計劃檢修，從而才能及時發現壓縮機組的運行缺陷，預防壓縮機組故障的產生，保障壓縮機組的正常運行[1]。但在空分裝置中，空壓機組多采用進口設備或進口零部件，精密程度高、檢修程度大、技術要求高，在例行大修中稍有不慎便會導致壓縮機組試車失敗頻繁返工，造成裝置無法正常運行影響經濟效益的現象，為此，如何保證壓縮機組的大修質量亦是壓縮機組檢修的重中之重[2]。

1 設備結構與運行原理

河南龍宇煤化工有限公司空分裝置主空氣壓縮機為離心式，由西安陜鼓動力股份有限公司制造，型號為：EIZ140-4，與增壓機共用一臺透平汽輪機驅動，為四級水平剖分式離心式壓縮機，由底座（包括下殼體）、上蓋、轉子和內置的氣體冷卻器組成；軸端密封、級間密封和輪蓋密封均采用梳齒式密封[3]；徑向軸承采用可傾瓦軸承，止推軸承采用米楔爾軸承；級間密封采用環氧樹脂密封環；轉子采用單跨式安裝，軸向進氣，入口可調導向葉片。空氣冷卻器采用內置式結構，三級冷卻對稱分布共計6 臺，直接安裝在機殼內[4]。

2 實際案例

河南龍宇煤化工有限公司主空壓機自試車成功以來雖未曾進行過解體大修工作，但主空壓機運行正常，前后軸振動及溫度均良好，前軸振動V-01877X 在14 μm 左右，V-01877Y 在12 μm 左右，后軸振動V-01876X 在12 μm 左右，V-01876Y在15 μm 左右，軸位移Z-01876A 與Z-01876B 隨著運行年限的增長不斷上漲，在2020年初期達到0.41 mm 超出報警值（報警值0.40 mm）。空壓機冷卻器經多年使用冷卻效果出現下降，冷卻器后溫度較高，夏季一級換熱器后溫度達65 ℃左右，超出設計值60 ℃，空壓機能耗逐步上漲。為保證主空壓機的正常運行，結合河南龍宇煤化工有限公司的生產實際情況與歷年大修項目，于2021年6月份對主空壓機進行解體大修工作，此維修項目由國內某檢修公司負責，檢修完畢后汽輪機進入暖機狀態，在轉速由1 600 r·min-1升至3 100 r·min-1時，空壓機后軸振動過大VI01876X 滿量程179 μm，VI01877X達到113 μm，振動還有上升趨勢，進行緊急停車操作，經過多次試車及重復檢修才解決問題。

3 處理過程與措施

3.1 初次檢修

2021年6月裝置停車后，對空壓機進行解體大修工作，檢修內容主要有：檢查測量低壓側徑向/止推軸承，檢查高壓側徑向軸承；檢查測量各軸頸完好情況。測量軸向竄動、間隙等；檢查止推盤表面粗糙度及測量端面跳動；清洗檢查轉子密封、葉輪、隔板、缸體等部件腐蝕結垢，沖蝕等情況；對轉子進行無損探傷，檢查、測量轉子各部位的徑向和端面跳動；檢查各級密封情況；檢查聯軸器，進行無損探傷；復查與汽輪機對中等項目[5]。

此次拆檢中發現：

1）空壓機轉子上密封齒出現部分損壞、傾倒、斷裂等現象，見圖1，因此密封齒安裝復雜，技術要求高，現場無法對其進行更換，為此只對傾倒的密封齒進行扶正。

2）對級間密封、葉輪口環密封及平衡盤密封進行檢查，發現部分級間密封及葉輪口環密封并不靈活，彈簧無彈力；同時部分密封磨損嚴重，見圖2。對葉輪口環密封、級間密封及平衡盤密封全部更換為新密封，材質仍采用原廠環氧樹脂密封環，平衡盤密封采用巴氏合金硬密封，并對彈簧全部換新，安裝完畢后與舊密封拆之前一樣，部分密封環在缸體內安裝后亦出現卡澀等現象，按壓密封環發現密封環無動作、彈簧無彈力，但因與更換前的密封狀態一致，為此并未對其進行調整。

3）軸承箱油封間隙超標，更換新密封。

4）對軸承進行著色探傷，未發現磨損等現象，對前軸承軸瓦瓦背預緊力0.01 mm，增加0.05 mm調整墊片；后軸承軸瓦瓦背預緊力-0.07 mm，增加0.1 mm 調整墊片。檢修前止推軸承間隙過大為0.65 mm，在副推側增加調整墊片0.15 mm。檢修完畢后按機組要求回裝軸承，并與汽輪機進行對中。

3.2 初次試車

7月13日進行暖機沖轉，一段暖機結束在升速至二段暖機3 100 r·min-1時，由于VI01876x 滿量程179 μm，VI01877X 達到113 μm，且振動還在持續上升，進行緊急停機。初步懷疑為新更換的級間密封、葉輪口環密封及平衡盤密封可能存在異常，密封可能刻槽較淺，多進行試車可能會逐漸好轉[6]。為此進行第2 次沖轉，在升速至二段暖機3 090 r·min-1時，由于VI01876x 滿量程179 μm，VI01877X 達到140 μm，且振動還在持續上升，再次進行緊急停機。進行第 3 次沖轉，更改二段暖機轉速為2 900 r·min-1，暖機近4 h，在7月14日4:53 時進行升速，升速至3 000 r·min-1時，由于VI01876x 達到152 μm，VI01877X 達到93 μm，且振動未有好轉跡象，進行緊急停機。隨后進行第4 次、第5 次暖機沖轉，皆由于汽輪機主汽門關不嚴，致使機組轉速快速上升，進行手動停車。7月14日第6 次暖機沖轉，二段暖機轉速設定2 900 r·min-1，暖機70 min，由于VI01876x/y（169,126）同時達到125 μm 聯鎖值以上，機組跳車。隨后對機組停車檢查。

3.3 第二次檢查

因此次檢修只更換了級間密封、葉輪口環密封及平衡盤密封，為此對新更換的密封進行檢查，判斷新更換的密封運行情況是否正常，首先對空壓機兩側蝸殼進行拆除，檢查第一級葉輪前密封及平衡盤密封的刻槽情況，發現一級葉輪前側密封環刻槽較好，槽深與槽寬的尺寸較為均勻；但空壓機平衡盤密封刻槽較差，上部蝸殼一側出現刻槽現象，另一側表面光滑未出現刻槽痕跡如圖3所示，同時發現轉子在水平位置進入四分段的密封環時，刻槽雜亂，毛刺較多，為此懷疑軸承安裝是否存在異常，導致轉子安裝出現傾斜，造成平衡盤密封刻槽出現偏斜的現象；同時懷疑平衡盤硬密封是否安裝錯誤順序是否錯誤等，導致轉子不平衡。

經對平衡盤氣封上的序號及蝸殼上的鋼印號進行對比，未發現平衡盤氣封安裝存在異常。為查清空壓機振值大跳車的原因并盡快開車，經商議決定對空壓機前后軸承進行拆檢，對軸承數據進行復測，確認軸承安裝是否存在異常[7]；同時制作專用工具，實現在不拆空壓機換熱器的情況下，對空壓機上缸進行抬起，檢查內部各級級間密封和葉輪口環密封，從而節約檢修時間。經對軸承數據進行復測，發現空壓機前軸承瓦背預緊力再次變為0.01 mm，對瓦背預緊力繼續進行調整至-0.03 mm，其余軸承數據未發現異常。

對空壓機葉輪前后密封、級間密封進行檢查，發現內部密封環部分同平衡盤氣封一樣，部分刻槽完好、部分未出現刻槽現象；對密封環的彈簧進行檢查，發現更換的新彈簧較硬，彈性小，拆卸下的舊彈簧較軟彈性較大，為此更換為從河南龍宇煤化工有限公司其他壓縮機上借用其材質較軟的彈簧。因部分密封環上刻槽較差甚至未刻槽，懷疑導致轉子轉動時振值較大，為此同就密封條上得刻槽尺寸相比，對所有刻槽較差或未刻槽的密封環，進行人工刻槽[8]。

完成后于7月17日進行第7 次暖機沖轉。二段暖機轉速改為2 850 r·min-1，升速至3 138 r·min-1時由于VI01876x/y 同時達到125 μm（168，142）聯鎖值以上，機組再次跳車。第8 次沖轉再次對機組升速邏輯進行修改，二段暖機轉速為2 850 r·min-1，VI01876 或1877x/y 二選二125 μm 且延時三秒跳車，暖機時機組VI01876x/y（179,177）振動滿足上述條件而跳車。第9 次暖機沖轉，機組升速至3 272 r·min-1時，VI01876x/y（179,165）振動滿足上述條件而跳車。第10 次暖機沖轉。機組升速邏輯進行修改，VI01876 或1877x/y 二選二170 μm 且延時3 s 跳車。21:16 30 機組升速至3 272 r·min-1時，VI01876x/y（179,151）振動未滿足上述條件而升速至4 081 r·min-1,之后手動升速至4 175 r·min-1。現場空壓機組系統管線、機殼震動很大。期間VI01876x 一直處于滿量程狀態（179.7 μm），對空壓機出氣側蝸殼使用手持式測振儀進行測振，發現出口蝸殼垂直側振值 31.1 m m·s-1，水平側6.9 mm·s-1。由于振動大，于7月18日停車檢查。

3.4 第三次檢查

再次對空壓機后側蝸殼進行檢查，發現平衡盤氣封垂直側上部出現巴氏合金掉塊、剝落的現象，如圖4所示，懷疑新平衡盤氣封材質或尺寸存在差異，同時懷疑轉子存在不平衡狀態。經商議決定對原平衡盤氣封進行檢查、著色探傷并打磨去毛刺后回裝試機，同時對空壓機與汽輪機對中進行了復測，復測數據與上述對中數據差別不大。

7月19日進行暖機沖轉，機組升速邏輯進行修改，VI01876 或1877x/y 二選二150 μm 且延時3 s跳車，機組升速到3 290 r·min-1時，第12 次暖機沖轉；升速到3 660 r·min-1時跳車，第13 次暖機沖轉，升速到3 690 r·min-1時跳車。

3.5 第四次檢查

經過數十次試車失敗后，懷疑轉子不平衡，且經多次試車后轉子上的密封齒損壞較多，為此我公司邀請機組廠家對機組進行系統檢查，同時將轉子返廠進行動平衡試驗、并修復轉子上的密封齒。經檢查發現高壓側軸承瓦下方存在硬質顆粒雜質，可能導致轉子在轉動時存在不平衡狀態；在對軸承的數據復測時，將軸承瓦背預緊力調整時-0.11 mm；同時對所有的密封環進行修整，保證修整過后的所有密封環在殼體內均能自由調整，同時將所有的密封環彈簧更換為原廠彈簧。轉子維修完畢后，對轉子進行回裝，復測對中時因水平方偏差為-0.2 mm 超出范圍值，垂直方向為0.3 mm，為此通過調整空壓機將對中調整至-0.1 mm，符合范圍，其余數據如表1所示。

因原有的平衡盤氣封損壞均無法使用，再次對其更換新平衡盤氣封，回裝完畢后進行盤車刻槽，發現刻槽效果完好，深度、寬度等尺寸均勻，未再出現上述異常現場。7月28日進行試車，一次性開車成功，空壓機進氣側振值VI01877X、VI01877Y分別為16 μm、6 μm左右；出氣側振值VI01876X、VI01876Y分別為6 μm、7 μm左右，位移0.18 mm，軸承溫度均在正常范圍內，空壓機恢復到原始狀態正常運行。

4 結束語

至此，河南龍宇煤化工有限公司空壓機在歷經半個月、數十次的試車與檢查中終于圓滿開車，維修時間長維修過程曲折。在空壓機組的檢修中，檢修前機組雖運行正常，但檢修過程中仍會因各種原因導致無法正常開車，從而造成不可避免的經濟損失[9]。為此，在機組的檢修過程中必須將加強檢修經驗的積累，如瓦背預緊力雖符合標準但仍欠佳軸承不牢固；細化機組的檢修規程，不可盲目相信拆檢時的機組狀態，如軟密封弧度和機殼弧度尺寸存在偏差造成軟密封安裝后不能自由活動等；必須及時發現機組檢修中的細微狀況[10]，如軸承下方存在硬質顆粒等；加強檢修過程管理，細化隱蔽工程驗收標準，達到檢修過程和質量可控化管理，如安裝精度不達不到技術要求造成轉子存在摩擦等，從而保證空壓機組的檢維修質量和正常運行，避免造成不可估量的經濟損失。