離心式壓縮機(jī)振動故障原因分析及應(yīng)對措施

楊 躍

（川化集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 610301）

1 概 述

離心式壓縮機(jī)的工作原理：通過電機(jī)或透平帶動葉輪轉(zhuǎn)動，葉輪轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)力使氣體產(chǎn)生離心力并被甩到擴(kuò)壓器中，由擴(kuò)壓通道對氣體進(jìn)行擴(kuò)壓，從而提高氣體的壓力。

離心式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域，是合成氨、尿素、甲醇、丙烯、乙烯等生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備，在其運(yùn)行過程中，振動是其常見故障。實(shí)踐表明，引起離心式壓縮機(jī)振動故障的原因有很多，一旦發(fā)生振動，輕則影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)，重則會造成其損壞并危及生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，了解引起離心式壓縮機(jī)振動故障的主要原因及故障特征十分重要。

2 振動故障原因分析及應(yīng)對措施

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡

離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡引發(fā)的振動故障，通常是設(shè)備自身部件問題或是轉(zhuǎn)子在裝配過程中未找正而造成的。而離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡又有漸發(fā)性、原發(fā)性、突發(fā)性3種：① 漸發(fā)性轉(zhuǎn)子不平衡——轉(zhuǎn)子被介質(zhì)氣體沖刷、腐蝕、磨損等，從而出現(xiàn)零件松動、零件不均勻磨損等現(xiàn)象，形成不平衡振動；② 原發(fā)性轉(zhuǎn)子不平衡——轉(zhuǎn)子在制作和裝配過程中存在與中心軸線偏移的現(xiàn)象，在高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，離心力矩產(chǎn)生載荷傳遞到軸承，從而引發(fā)機(jī)組的振動；③突發(fā)性轉(zhuǎn)子不平衡——壓縮機(jī)自身材質(zhì)方面的問題或在極其惡劣的工況下，轉(zhuǎn)動部件破損等導(dǎo)致。

故障特征：由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡而產(chǎn)生的離心力，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速增大或者輸出功率增加，振動逐漸加劇；當(dāng)振動頻率與轉(zhuǎn)速同頻時，此時渦動方向與轉(zhuǎn)向相同，振動狀況更加惡化；撓性軸通過第一臨界轉(zhuǎn)速時，振動十分劇烈，轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓。

應(yīng)對措施：在使用和更換離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子前，尤其是安裝備用轉(zhuǎn)子過程中，必須同步進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，消除轉(zhuǎn)子或軸系偏心引起的振動；對于轉(zhuǎn)子結(jié)垢、部件松動、轉(zhuǎn)子彎曲等引起的不平衡，要及時進(jìn)行垢層清洗、部件緊固、轉(zhuǎn)子校正等；按檢修規(guī)程要求進(jìn)行年度大修；轉(zhuǎn)子運(yùn)輸途中確保不被碰撞和擠壓。

2.2 工作轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間

若設(shè)計(jì)時參數(shù)誤差過大，將導(dǎo)致臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間計(jì)算錯誤，進(jìn)而使離心式壓縮機(jī)在正常運(yùn)行過程中被動處于臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間；或者由于人為因素，如檢修或操作不當(dāng)，使得工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速發(fā)生偏移。

故障特征：振動頻率為速頻頻率，同時，振動有一個敏感區(qū)，如果能在運(yùn)行過程中避開振動敏感區(qū)，振動會明顯下降。

應(yīng)對措施：提高轉(zhuǎn)子的動平衡精度；操作和檢修嚴(yán)格按規(guī)程進(jìn)行。

2.3 徑向軸承發(fā)生油膜振蕩

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到2倍于第一臨界轉(zhuǎn)速時，由于半速渦動的渦動速度正好與轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速相重合，此時的半速渦動將被共振放大，從而產(chǎn)生自激振動，此現(xiàn)象稱為油膜振蕩。油膜振蕩發(fā)生后，軸頸中心繞軸承中心做橢圓形晃動，機(jī)組振動加劇。

故障特征：當(dāng)離心式壓縮機(jī)發(fā)生半速渦動，振動頻率不大于1／2速頻頻率時，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動，但振動幅度不大；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到2倍于第一臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)會發(fā)生激烈共振，半速渦動變?yōu)橛湍ふ袷?，且油膜振蕩的發(fā)生具有突發(fā)性，隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的升降發(fā)生變化，此時轉(zhuǎn)子渦動方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相同。

應(yīng)對措施：使用防振系數(shù)好的橢圓軸承、多油楔軸承；增加軸承比壓；改變軸瓦頂部間隙，擴(kuò)大轉(zhuǎn)子兩側(cè)間隙；適當(dāng)提高油溫以降低潤滑油粘度；增加偏心距以提高失穩(wěn)轉(zhuǎn)速等。

2.4 聯(lián)軸器對中不良

聯(lián)軸器對中不良多因聯(lián)軸器組裝未嚴(yán)格執(zhí)行裝配標(biāo)準(zhǔn)、未嚴(yán)格遵守檢修規(guī)程，致使轉(zhuǎn)子找正值超出允許誤差范圍。

故障特征：離心式壓縮機(jī)的振值隨機(jī)組負(fù)荷的增大而逐漸加大，壓縮機(jī)臨聯(lián)軸器端的軸承振動明顯，振動頻率一般為2～3倍速頻頻率。

應(yīng)對措施：按照設(shè)備安裝規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)要求重新對聯(lián)軸器進(jìn)行對中，用百分表進(jìn)行檢測找正。

2.5 軸承游隙過大

離心式壓縮機(jī)的技術(shù)文件規(guī)定：圓軸承間隙控制為 （0.15%～0.20%）D mm，橢圓軸承間隙為 （0.10%～0.15%）D mm。軸承游隙過大或軸承蓋松動，都將造成壓縮機(jī)振動加劇。

故障特征：引起機(jī)組不規(guī)則、不穩(wěn)定的“跳躍式”振動甚至軸竄動。

應(yīng)對措施：更換軸承。

2.6 轉(zhuǎn)子有裂紋

當(dāng)離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子因材質(zhì)、加工缺陷、拉應(yīng)力、蒸汽品質(zhì)等原因而出現(xiàn)裂紋時，會導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生振動。

故障特征：軸向振幅特別大，徑向振動頻率為速頻頻率，當(dāng)超出振值上限值2～3倍時，會嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。

應(yīng)對措施：安裝聯(lián)鎖停車系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)此類情況時，停車并立即更換轉(zhuǎn)子，且對新?lián)Q轉(zhuǎn)子進(jìn)行高速動平衡測試和探傷檢查等。

2.7 動靜部分發(fā)生摩擦

轉(zhuǎn)子做功過程中的熱彎曲、氣缸導(dǎo)向鍵卡澀等，均會影響氣缸的熱膨脹系數(shù)，熱膨脹導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動靜部分發(fā)生摩擦，從而引起機(jī)組振動。

故障特征：機(jī)組振動加劇，開車或停車時可聽見明顯的摩擦聲。

應(yīng)對措施：停車檢查轉(zhuǎn)子的彎曲度，檢查并核對隔板、導(dǎo)向器、軸承及油封的安裝情況，看各部件間隙是否符合技術(shù)要求等。

2.8 軸向推力過大

離心式壓縮機(jī)出口超壓，平衡活塞密封泄漏增大，葉輪輪盤、輪蓋密封發(fā)生磨損，機(jī)組出現(xiàn)喘振，潤滑油系統(tǒng)壓力低或潤滑油中水分和雜質(zhì)含量超標(biāo)，安裝調(diào)試過程中止推軸承安裝錯誤或止推瓦塊不活動，均會造成壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸向推力過大，進(jìn)而引起機(jī)組振動。

故障特征：機(jī)組振動劇烈，軸位移增加，潤滑油回油溫度超過上限值。

應(yīng)對措施：密切監(jiān)控止推軸瓦和軸承潤滑油溫度的變化情況；設(shè)置軸向位移報警器和停車聯(lián)鎖系統(tǒng)，避免平衡盤密封和葉輪密封的磨損；操作和檢修按規(guī)程進(jìn)行。

2.9 喘 振

在特定轉(zhuǎn)速下工作的離心式壓縮機(jī)，當(dāng)進(jìn)氣量降低到某一固定數(shù)值時，氣流會在葉輪上或擴(kuò)壓器流道內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離，氣體旋轉(zhuǎn)脫離使離心式壓縮機(jī)的排氣壓力低于管網(wǎng)壓力而倒流，進(jìn)氣量恢復(fù)后氣體又流入管網(wǎng)，如此反復(fù)，導(dǎo)致離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振。

故障特征：機(jī)組流量計(jì)、軸位移指示信號出現(xiàn)大幅波動，機(jī)組壓力、溫度也同時出現(xiàn)劇烈波動，并伴有嘯叫聲。

應(yīng)對措施：設(shè)置自動防喘振系統(tǒng)；合理選擇防喘振閥；開、停車過程中，升速升壓或降速降壓應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行；當(dāng)工況發(fā)生變化時，要穩(wěn)定操作，避開壓縮機(jī)喘振區(qū)域。

3 結(jié)束語

離心式壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，要避免其振動故障出現(xiàn)，必須了解引起離心式壓縮機(jī)振動故障的主要原因，并重點(diǎn)抓好工藝參數(shù)控制、測振探頭位置合理布置、典型故障梳理與總結(jié)、生產(chǎn)操作及運(yùn)行維護(hù)管理、相關(guān)人員業(yè)務(wù)水平提升等各項(xiàng)工作，才能保持離心式壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，從而保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。