軸流壓縮機(jī)振動(dòng)異常的分析與處理

趙訓(xùn)躍

一、概述

主風(fēng)—能量回收機(jī)組是催化裂化裝置的核心設(shè)備，某裝置的主風(fēng)—能量回收機(jī)組由煙氣輪機(jī)、軸流壓縮機(jī)、高速齒輪箱和電機(jī)/發(fā)電機(jī)組成。其作用是：由煙氣輪機(jī)和電機(jī)/發(fā)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)軸流壓縮機(jī)將空氣壓縮到0.32MPa，經(jīng)過(guò)輔助燃燒室，進(jìn)入再生器，供流化態(tài)的待生催化劑燒焦再生。同時(shí)，再生器中燒焦產(chǎn)生的高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)煙氣輪機(jī)膨脹做功，將煙氣中的熱能和壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，成為煙氣輪機(jī)的輸出的動(dòng)力。

機(jī)組主要參數(shù)見(jiàn)表1。機(jī)組軸系及測(cè)點(diǎn)布置如圖1。煙機(jī)與壓縮機(jī)之間和壓縮機(jī)與高速齒輪箱之間采用膜片式聯(lián)軸器連接，高速齒輪箱與電機(jī)/發(fā)電機(jī)之間為鼓型齒式聯(lián)軸器。

表1 機(jī)組主要參數(shù)

二、故障現(xiàn)象及分析

1.故障現(xiàn)象

2005年4月，對(duì)煙氣輪機(jī)進(jìn)行了擴(kuò)能改造后，機(jī)組振動(dòng)正常。其中主風(fēng)機(jī)低壓側(cè)XI02AB振動(dòng)的幅值在15μm左右，到同年9月達(dá)到50μm。以后一直比較平穩(wěn)。到12月5日出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)，幅度達(dá)92μm以上。并伴隨低壓側(cè)氣封有較大的油泄漏。在現(xiàn)場(chǎng)用聽(tīng)診棒聽(tīng)到壓縮機(jī)與齒輪箱間聯(lián)軸器內(nèi)部有間歇沖擊聲。XI02AB振動(dòng)幅度變化如圖2，此為MD3905網(wǎng)絡(luò)化大機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)。表2所列為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的機(jī)殼振動(dòng)值。

表2 機(jī)殼振動(dòng)值 mm/s

2.故障分析

在BENTLY3300表上監(jiān)測(cè)到軸流壓縮機(jī)的XI02AB達(dá)到報(bào)警之后，即刻用手持測(cè)振儀VM63測(cè)量該部位軸承箱外殼的水平、垂直和軸向振動(dòng)，沒(méi)有明顯變化，初步判斷為振動(dòng)探頭受到干擾。即刻檢查振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，前置放大器、探頭到放大器之間的引線(xiàn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。將探頭以后的引線(xiàn)及前置放大器部分進(jìn)行AB兩只互換，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象能夠重復(fù)。最后用示波器監(jiān)測(cè)XI02AB探頭的信號(hào)，確實(shí)存在較大的交流信號(hào)。從多種檢查手段證明，探頭確實(shí)檢測(cè)到了較大的振動(dòng)信號(hào)。一旦壓縮機(jī)由于振動(dòng)超標(biāo)而損壞，將給企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。

引起旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障原因可分為10類(lèi)[3]，分別為：①轉(zhuǎn)子自身。包括轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心、軸彎曲、軸裂紋、軸彎曲剛度不對(duì)稱(chēng)、轉(zhuǎn)子內(nèi)摩擦、轉(zhuǎn)子內(nèi)部積液、轉(zhuǎn)子上部件掄動(dòng)、浮環(huán)失?。ㄗ。＂谳S系。包括對(duì)中不良、徑向軸承偏心、聯(lián)軸節(jié)問(wèn)題、軸系動(dòng)不平衡。③支承系統(tǒng)。包括支承松動(dòng)、問(wèn)隙激振（軸瓦與軸承預(yù)緊力不足）、徑向軸承損傷、可傾瓦錯(cuò)位、徑向軸承間隙過(guò)大、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩。④電磁力。包括電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條、定子短路、軸磁化。⑤碰摩。包括徑向碰摩、軸向局部碰摩、干渦動(dòng)。⑥流體動(dòng)力激振。包括偏隙引起激振、透平不均勻進(jìn)汽、隔板傾斜、喘振、旋轉(zhuǎn)失速、氣蝕、葉片激振、油封受激振動(dòng)。⑦臨界轉(zhuǎn)速。包括轉(zhuǎn)子、軸承系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速、懸臂臨界轉(zhuǎn)速、聯(lián)軸節(jié)臨界轉(zhuǎn)速。⑧共振。包括諧波共振、結(jié)構(gòu)共振。⑨部件。包括齒輪（偏心、齒損傷等）、滾動(dòng)軸承、皮帶。⑩其他。包括壓力脈動(dòng)、閥門(mén)激振、外界振源干擾。

由于XI02AB測(cè)量的是壓縮機(jī)吸氣側(cè)軸承振動(dòng)，機(jī)組在正常工況運(yùn)行，故可以不考慮上述④、⑥、⑦、⑨ 4種原因。

應(yīng)用MD3905網(wǎng)絡(luò)化大機(jī)組在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)機(jī)組進(jìn)行進(jìn)一步分析，以找到引起XI02AB振動(dòng)快速達(dá)到報(bào)警值的原因。圖3為探頭的間隙電壓，圖4為探頭測(cè)到的轉(zhuǎn)子的相位，圖5為XI02A的各分頻之間關(guān)系圖，圖6、圖7為XI02AB的頻譜圖，圖8為XI02AB的軸心軌跡。

從各圖形中可以看到：探頭的間隙電壓沒(méi)有變化，探頭不存在明顯松動(dòng)；轉(zhuǎn)子的相位沒(méi)有改變；XI02AB的頻譜上除XI02A存在1.35×外，基本只有1×，其通頻的軸心軌跡，重復(fù)性尚可，也沒(méi)有出現(xiàn)明顯尖點(diǎn)或?qū)χ胁涣己圹E；從圖5的XI02A分頻上看，似乎只有峰峰值增大，各分頻基本不變，后用CSI2115采集機(jī)殼振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)其不存在1.35×頻率成分。再結(jié)合表1用VM63測(cè)量的數(shù)據(jù)變化，可以基本確定前述①、②、③、⑤、⑧不是引起XI012AB報(bào)警的原因，也就是XI012AB振動(dòng)值大的原因排除了是文獻(xiàn)[3]中前9種情況造成的。以上分析表明故障不在軸流壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子上，也不在軸承、氣封上，壓縮機(jī)的運(yùn)行工況正常。機(jī)組沒(méi)有做停車(chē)處理。

仔細(xì)檢查現(xiàn)場(chǎng)，查閱以前的操作記錄和檢修記錄。發(fā)現(xiàn)存在一些區(qū)別：壓縮機(jī)與齒輪箱間聯(lián)軸器內(nèi)的沖擊聲為間歇性的，比以前頻率大，差不多每分鐘有一次，這種沖擊聲極像潤(rùn)滑油被高速甩出，擊到聯(lián)軸器罩殼上的聲音。罩殼上溫度為60℃左右，而與之較近的推力軸承溫度才有52℃。壓縮機(jī)軸承（XI02AB處）的油封突然開(kāi)始往外冒油，該處聯(lián)軸器原來(lái)是鼓型齒式，內(nèi)外齒輪嚙合處有噴管進(jìn)行噴油潤(rùn)滑，后來(lái)改為膜片式聯(lián)軸器后，聯(lián)軸器不需要潤(rùn)滑，因此聯(lián)軸器罩殼下面的回油孔已經(jīng)封閉，回油管已經(jīng)拆除，這樣其中的潤(rùn)滑油也無(wú)法正常流走。

圖9所示為壓縮機(jī)低壓側(cè)軸承結(jié)構(gòu)，XI02AB測(cè)點(diǎn)位于推力軸承與支承軸承之間的軸頸上。因此認(rèn)為，可能是由于壓縮機(jī)低壓側(cè)軸承進(jìn)油壓力大，進(jìn)油量過(guò)大，或者齒輪箱油封向聯(lián)軸器罩殼中泄漏較大，導(dǎo)致聯(lián)軸器罩殼和軸承箱中集油過(guò)多，從而引起潤(rùn)滑油從迷宮密封處溢出，由聯(lián)軸器攪動(dòng)潤(rùn)滑油高速甩向罩殼和測(cè)振探頭，引起探頭采集的振動(dòng)值大，及罩殼上的沖擊聲較大。

三、處理措施

根據(jù)以上分析，拆開(kāi)聯(lián)軸器罩殼下的回油孔，重新安裝好回油管。發(fā)現(xiàn)其回油量的確比較大，同時(shí)其振動(dòng)也下降，沖擊聲的頻率也變小。XI02AB的振動(dòng)回到70μm以?xún)?nèi)，但壓縮機(jī)XI02AB處油封漏油的問(wèn)題沒(méi)有改善。同時(shí)根據(jù)推力軸承溫度變化情況，經(jīng)緩慢調(diào)小推力軸承進(jìn)油壓力，將進(jìn)油壓力由0.23MPa調(diào)到0.13MPa，XI02AB振動(dòng)恢復(fù)正常，聯(lián)軸器罩內(nèi)間歇沖擊聲消除，聯(lián)軸器回油幾乎為零。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)XI02AB測(cè)點(diǎn)振動(dòng)異常處理的分析和實(shí)踐，可以得出結(jié)論：過(guò)高的推力軸承油壓與過(guò)大的潤(rùn)滑油量是造成壓縮機(jī)XI02AB測(cè)點(diǎn)振動(dòng)異常的原因。由此可以總結(jié)以下經(jīng)驗(yàn)：

（1）大機(jī)組的日常管理維護(hù)，對(duì)運(yùn)行參數(shù)的積累和現(xiàn)場(chǎng)情況的觀(guān)察十分重要，一些細(xì)微的變化，往往為故障診斷故障提供重大幫助；

（2）在故障診斷中，綜合應(yīng)用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)和手持分析系統(tǒng)，比較其中的差別，也能為診斷提供一個(gè)思路。

（3）軸承進(jìn)油壓力并非越高越好。對(duì)于機(jī)組的潤(rùn)滑油壓，要結(jié)合機(jī)組設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行有效調(diào)整優(yōu)化。進(jìn)油壓力過(guò)低，軸承得不到良好潤(rùn)滑，將導(dǎo)致軸承溫度高，嚴(yán)重者導(dǎo)致軸承故障；軸承壓力過(guò)高，可能導(dǎo)致上面所述故障，增加機(jī)組的能耗，且很容易造成潤(rùn)滑油泵供油能力不足的假相。

1 蘇杭.機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷.機(jī)械工業(yè)出版社，1995

2 廖伯瑜.機(jī)械故障診斷基礎(chǔ).冶金工業(yè)出版社，1994

3 高金吉.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障原因及識(shí)別特征研究.振動(dòng) 測(cè)試與診斷，1995，15（3）

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