大型煤化工空壓機振動故障的原因分析及措施

朱白欽

(河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600)

河南龍宇煤化工有限公司二期空分裝置是一套帶前置空氣純化器、采用分子篩和活性氧化鋁的空氣分離設備，整套裝置采用分子篩吸附預凈化、增壓透平膨脹機、全填料精餾及雙泵內壓縮工藝[1]。采用空氣低溫精餾法實現空氣的分離，通過壓縮循環深度冷凍的方法把空氣變成液態，經過低溫精餾，根據不同沸點而從液態空氣中逐步分離生產出氧氣、氮氣及氬氣等惰性氣體[2]。整套空分裝置設備包括空氣過濾系統、空氣壓縮系統、空氣預冷系統、分子篩純化系統、分餾塔系統、全精餾制氬系統、液體貯存系統、儀控系統、電控系統等。裝置的生產能力為55 000m3/h氧及93 000m3/h氮，主要產品有高壓低壓氧氣、高壓低壓氮氣、液氧、液氮和液氬等。

二期空分空壓機組由EIZ140-4等溫壓縮機(見圖1)和EG56-5多軸壓縮機組成，原動機采用汽輪機，雙出軸，汽輪機一端與EIZ140壓縮機聯接，另一端與EG56壓縮機聯接機組成。其中，EIZ140-4等溫壓縮機為水平剖分結構，帶內置冷卻器，所有流道經優化設計，具有流量調節范圍寬、等溫效率高的特點。

圖1 空壓機現場

1. 空壓機主要技術數據

空壓機主要技術數據見表1。

表1 空壓機主要技術數據

2 試車概況

二期空壓機在2021年6月停車大修，在大修結束時，按開車程序進行暖機一段沖轉運行，在升速至二段暖機3 100 r/min時，由于VI01876振值滿量程179μm觸發聯鎖跳車，VI01877達到113μm，且振動還在持續上升，人工進行緊急停機。因本次更換了口環密封、級間密封和平衡盤密封，這些密封為負間隙，需要在運行中進行刻密封槽過程。初步懷疑為刻槽過程導致的振動升高，咨詢多位技術人員后得知，該種密封問題在其他企業也發生過。故又進行第二次沖轉，通過更改二段暖機轉速為2 900 r/min、加大暖機時間等措施，進行了再沖轉，但均由于機組振動高而停機。隨后對機組進行停車并拆開檢查，打開大蓋檢查各級密封情況，發現各級密封刻槽深度和寬度均沒有達到要求，同時發現平衡鼓處上部的巴氏合金密封體有明顯的磨損現象(見圖2)，將轉子送往制造廠家進行維修和高速動平衡，返廠重新調整回裝數據，最后一次沖轉成功。

圖2 巴氏合金密封體

3 軸振動高的原因分析及措施

3.1 轉子不平衡引起振動大

軸系振動與整個軸系支承的動剛度、支承數量和轉子剛度變化有一定的關系。因此，在進行振動處理以前，應該首先判斷機組的故障是否是由轉子的不平衡引起的，判斷的方法為[3]：① 轉子的振動主要由1倍頻率成分構成；② 在機組穩定一段時間后，1倍頻振動的相位滯后角基本穩定在20°的變化范圍內，并且幅值基本穩定；③ 1倍頻振動的軸心軌跡是一個正進動，即進動方向為轉子的旋轉方向；④ 不平衡響應的共振頻率沒有大的變化；⑤ Runout相對工作轉速的1倍頻幅值小于正常工作轉速下的40%，一般對于工作轉速小于5 000r/min的機組，其 Runout的峰值不大于28μm。 只有滿足以上條件后，才能夠認定機組的振動故障是由轉子不平衡造成的。

在運行期間進行了精密點檢，振動采集頻譜儀過二級臨界時振動大軸心軌跡和頻譜圖顯示為橢圓和1倍頻為主，結合大修內容與對空壓機的檢查檢修情況，分析引起轉子不平衡的原因有：① 轉子密封片與密封體未形成較好的負間隙，造成轉子運行時磨蹭嚴重，引起跳車；② 由于轉子與定子同心度偏差較大，造成密封片與軟密封體、平衡盤密封與合金密封體的剮蹭，損傷轉子密封，影響轉子平衡；③ 大修期間，在現場對轉子進行清理清洗，轉子清洗不徹底及未形成較好的負間隙，使原有的平衡發生變化。

3.2 密封體安裝不規范

由于安裝人員對密封體的安裝要求不了解，也沒有安裝密封體的經驗，在安裝密封體時，沒有對密封體進行相應的打磨調整，沒有做到讓密封體相對輕松地進入密封槽內，有些是進行強力組裝的，造成密封體徑向不靈活，彈簧也無法發揮作用，形成抱死狀態，與密封片接觸不好。對機組進行拆卸時，發現二級級間下部兩塊軟密封之間存在一個彈簧夾持其中，活動受限凸起。密封體下部兩塊和上部一塊存在嚴重磨蹭現象，轉子軸套直接與密封進行了接觸，導致上部一塊耐高溫密封體與基體脫開(見圖4)，下部軟密封母體裂開一塊，密封體發黑且軟密封有兩塊減薄嚴重(見圖5)。另外精密點檢頻譜波形存在削波現象，也證實了轉子存在的干摩擦接觸現象，這些檢查發現的問題也是引起軸振動較大的原因。

圖4 密封體與基體脫開

圖5 密封體磨損

3.3 軸瓦安裝裝配時的細節控制不好

軸瓦安裝時，一般要求軸瓦和軸之間是線接觸，但本壓縮機軸瓦拆開后發現是點接觸，接觸不穩會導致軸的振動。其次，在安裝或運行時，一旦有很小的鐵屑進入軸瓦下部，也易造成軸瓦運行的不穩。另外，在調整軸瓦瓦背緊力的過盈量時，如采取靠近下限調整，就會導致使用的調整墊片數量相對多，易引起裝配過盈量的不準確。這些都是軸瓦裝配時細節控制因素，一旦控制不好，就會引起軸較大的振動。

3.4 軟密封刻槽方法不當

根據廠家技術人員的要求轉子回裝后，應采用手動刻槽，不能自動刻，要先對下缸的密封體進行手動盤車刻槽，直到盤車輕松為止。上缸回裝后，不要上緊螺栓，先進行手動盤車刻槽，直到盤車輕松為止。下一步，上緊中分面螺栓，再進行手動盤車刻槽，直到盤車輕松為止。而在之前的大修回裝及刻槽過程中，沒有明顯的手動盤車到盤車輕松這類循序漸進的操作；另外，刻槽的過程中，密封牙切口未及時處理和對中調整不到位，且對傾倒的梳齒進行扶正修復，造成部分密封沒有刻出來密封槽。結合開車過程與檢查檢修情況，以上原因對軸振動大的影響應該是相互影響、相互疊加的。

4 采取措施

4.1 轉子的維修

在轉子返制造廠時，首先對軸承軸徑處一道劃痕及凹坑部位進行拋光去除高點，其次對轉子密封有損壞的32條梳齒進行了更換，并對密封條重新機加工，同時在1/4處進行重新開0.2～0.25 mm的尖角(見圖4)，更利于刻槽；最后，維修后的轉子重新做高速動平衡，并對二階進行重點調整后，開車過臨界正常。

4.2 回裝數據優化調整

在空壓機回裝過程復查所有軸承間隙，與原檢修數據相比，徑向間隙均為0.42 mm。但軸瓦拆卸后發現，下瓦下側均存在金屬粉末，且使用的調整墊片數量相對較多，可能導致的實際過盈量值不準，由此判斷檢修過程中的瓦背緊力測量值可能不準確，不能作為參考。清理金屬粉末后重新安裝軸承，將瓦背緊力進行了調整，調整為偏差控制在-0.10 mm之內。而在復查軸承對中時，發現上下偏差為0.30 mm，水平偏差為-0.20 mm，因水平偏差不在標準內，造成摩擦，這也是引起振動偏大的原因之一，本次進行了及時調整，調整后檢測其偏差為約0.10 mm。

對所有的軟密封進行了重新安裝，要求所有密封能夠自由活動,并嚴格按安裝要求，進行了軟密封刻齒工作。對二級葉輪口環磨蹭的軟密封進行打磨工作。其他按照規程進行了回裝，之后進行開車，暖機及升速過程中振值正常，VI01876最高漲至22μm，其余振值及各種參數一切正常，平穩開車，自開車以來空壓機組運行正常。

5 結語

通過對空壓機振動大的原因進行分析，并采取了處理防范措施。大修期間注重細節控制，同時加強設備的狀態監測，提高設備診斷準確度，為科學管理提供了堅實的基礎[4]，也為今后空壓機組長周期運行提供了保證。