熱效應(yīng)引起的離心壓縮機振動分析

王胤龍，趙文博，劉 娜

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 問題

某化工企業(yè)MTO（Methanel To Olefin，甲醇制烯烴）裝置MCL605型主風機（圖 1），工作轉(zhuǎn)速 9175 r/min，入口流量21 568 m3/h，由電機拖動、齒輪箱增速。裝置投入運行時，聯(lián)軸器側(cè)(出風口)振動幅值達到80 μm，接近聯(lián)鎖值，自由側(cè)振動幅值穩(wěn)定在30 μm以下。采取應(yīng)急措施，用工業(yè)電風扇吹壓縮機聯(lián)軸器側(cè)端面，振動下降到40 μm，表明主風機聯(lián)軸器側(cè)振動與熱效應(yīng)有關(guān)。由于工藝的需要，該主風機設(shè)計出口溫度272℃，如此高溫度的主風機較少，因此產(chǎn)生的熱效應(yīng)不容忽視。

為證明振動與熱效應(yīng)有關(guān)，對主風機聯(lián)軸器側(cè)端面進行吹風與不吹風試驗，振動趨勢如圖2所示。不吹風振動持續(xù)增加，吹風后振動開始下降，然后穩(wěn)定，幅值約45 μm，而且試驗證明僅吹下端面對抑制振動有效果，說明振動與熱效應(yīng)存在明顯的對應(yīng)關(guān)系。

圖1 MCL605型主風機

2 問題排查

2.1 管路應(yīng)力

管路應(yīng)力亦是由熱效應(yīng)引起振動的一個主要因素[1]。主風機出口管路的膨脹量由膨脹節(jié)吸收。首先記錄冷態(tài)時膨脹節(jié)的長度和出口管路拐彎處彈簧支架彈簧的初始位置，然后記錄主風機運行狀態(tài)下的數(shù)據(jù)。對比冷熱狀態(tài)數(shù)據(jù)得出膨脹節(jié)的變化量與彈簧的變化量相當，且在設(shè)計范圍之內(nèi)，說明管路的膨脹由膨脹節(jié)全部吸收，主風機無管路應(yīng)力作用。

2.2 調(diào)整對中

觀察整個過程的軸心位置（圖3），對比圖2的振動趨勢，當軸心位置靠上時刻都是振動較小的時刻，即對聯(lián)軸器側(cè)端面吹風的時刻。停止吹風，振動增加，軸心位置開始向下移動。

圖2 主風機聯(lián)軸器側(cè)振動趨勢

圖3 振動過程軸心位置

根據(jù)上述特征得出熱效應(yīng)的作用改變了軸心位置，進而引起振動的相應(yīng)變化。調(diào)整對中數(shù)據(jù)，即降低冷態(tài)時主風機側(cè)的高度以補償熱態(tài)的膨脹量達到熱態(tài)對中的目的，主風機聯(lián)軸器側(cè)先后降低0.1 mm和0.35 mm，振動未發(fā)生改變，調(diào)整對中未能降低振動。

2.3 平衡氣管路

在查找問題產(chǎn)生原因的過程中還發(fā)現(xiàn)了另一個問題，平衡氣管路從出口位置的平衡盤后引出直通大氣，正常情況下平衡盤密封泄漏的氣體會使平衡氣管路溫度≥200℃，則平衡氣管法蘭處纏繞的塑料應(yīng)被燒焦，可實際卻安然無恙（圖4），由此推斷平衡氣管路有嚴重的堵塞。拆檢發(fā)現(xiàn)平衡氣管法蘭為盲法蘭。處理后，主風機運行較之前順暢，但振動扔情況未改善。

3 問題確認

對比是振動分析的重要手段，在另一現(xiàn)場MTO裝置中一臺同樣規(guī)格的主風機運行良好。因此排除了設(shè)計不合理的因素，對2臺主風機聯(lián)軸器側(cè)下機殼端面相同位置用紅外測溫儀測量表面溫度，測量結(jié)果如圖5所示。

表面溫度對比顯示，出現(xiàn)問題的主風機表面溫度普遍高于運行正常的主風機，最高相差100℃，加工制造偏差不足以產(chǎn)生如此懸殊的表面溫度，因此推斷出口處存在使熱量積聚的因素導致局部區(qū)域溫度升高。通過反復查看主風機設(shè)計圖紙，推斷問題出現(xiàn)在出口隔板與出口管路銜接的擋板處，如圖6所示。該擋板處如果縫隙過大會使出口的一部分氣體在內(nèi)部循環(huán)而不被排除，導致熱量的積聚[2]。

檢查主風機出口隔板，發(fā)現(xiàn)出口隔板的擋板斷裂（圖7）。修復后主風機運轉(zhuǎn)正常，振動穩(wěn)定在30 μm以下，端面溫度大幅下降。

圖4 平衡氣管路實物

圖5 下機殼端面溫度對比

圖6 出口氣流通路

圖7 出口隔板

4 振動原因分析

該主風機查找振動原因無果后，曾返廠做高速動平衡后再運行，振動＜15 μm，但運行一個月后振動增加，吹風后保持穩(wěn)定。由此推斷熱效應(yīng)使轉(zhuǎn)子發(fā)生局部彎曲引起轉(zhuǎn)子不平衡振動變大，當對其端面吹風后使內(nèi)部積聚的熱量釋放，達到新的熱平衡，避免了轉(zhuǎn)子的熱彎曲，使振動下降并保持穩(wěn)定。

5 總結(jié)

（1）離心壓縮機組由于熱效應(yīng)產(chǎn)生振動的影響因素有管路應(yīng)力、平衡氣管路堵塞、內(nèi)泄漏等，出現(xiàn)問題時要具體問題具體分析。

（2）由于內(nèi)部因素產(chǎn)生的熱效應(yīng)要從壓縮機的原理和結(jié)構(gòu)出發(fā)，因此需要對壓縮機有足夠的了解。

（3）對比是振動分析的重要手段，要善于運用。