壓縮機(jī)軸位移異常分析及處理方案

席光耀

（銅陵有色金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵 244000）

0 引言

某廠空分系統(tǒng)原料壓縮機(jī)計(jì)劃于2017 年3 月進(jìn)行大修，主要目的是對壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子、定子、軸承及密封進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，同時(shí)對儀表線路及探頭進(jìn)行復(fù)測檢查。

壓縮機(jī)為單軸4 級壓縮，殼體為水平剖分式結(jié)構(gòu)，首級葉輪與次級葉輪間配套推力+徑向組合軸承（進(jìn)氣側(cè)軸承），用于承受轉(zhuǎn)子支撐及軸向作用力。末級葉輪背面配套徑向軸承（排氣側(cè)軸承），用于承受轉(zhuǎn)子徑向力，徑向軸承采用可傾瓦軸承，推力軸承采用米歇爾型軸承。

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子采用一套軸位移監(jiān)測系統(tǒng)，用于測量轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中的竄動情況。一旦出現(xiàn)異常則會觸發(fā)聯(lián)鎖報(bào)警或跳車，保護(hù)機(jī)組以避免推力軸承瓦面損傷，以及轉(zhuǎn)子與定子碰擦。軸位移測點(diǎn)固定在進(jìn)氣側(cè)軸承座殼體上，方向由排氣側(cè)指向進(jìn)氣側(cè)，測向一級葉輪背面。

壓縮機(jī)剖面簡圖如圖1 所示。

圖1 壓縮機(jī)剖面簡圖

1 現(xiàn)狀說明

壓縮機(jī)于3 月13 日開始進(jìn)行軸位移調(diào)整，現(xiàn)場具體布置參見圖2。軸位移調(diào)整及探頭安裝一般采用現(xiàn)場測電壓或者室內(nèi)看位移兩種方法，現(xiàn)場采用測電壓方法進(jìn)行。

具體實(shí)施步驟：①安裝好徑向軸承下半部分，吊裝轉(zhuǎn)子與機(jī)組之上，安裝好徑向軸承上半部分及推力軸承，恢復(fù)軸承壓蓋；②將百分表放置合適位置，盤動轉(zhuǎn)子并測出轉(zhuǎn)子總竄量（實(shí)測總竄量0.42 mm）；③將轉(zhuǎn)子推至一側(cè)，百分表歸零，再將轉(zhuǎn)子盤動推至中間位置（百分表表顯數(shù)據(jù)0.21 mm）；④確定好零點(diǎn)電壓，保證測量值始終在探頭特性的線性范圍內(nèi)；⑤安裝探頭，取間隙電壓為DC 9.75 V 左右的位置為探頭固定位置，鎖緊探頭螺栓；⑥固定儀表線路，進(jìn)入下步安裝工序。

圖2 軸位移安裝位置

待試機(jī)前檢查發(fā)現(xiàn)軸位移異?，F(xiàn)象，正常設(shè)計(jì)值參見表1。DCS 監(jiān)控軸位移顯示值分別為0.902 4 mm（ZI40115A），0.845 8（ZI40115B），理論上2 個(gè)探頭顯示值應(yīng)為0 mm。2 套軸位移測點(diǎn)ZI40115A 和ZI40115B 在此次大修前后存在明顯差異。隨著生產(chǎn)負(fù)荷提升，壓縮機(jī)導(dǎo)葉逐漸開大，軸向力會有所變化，軸位移可能會進(jìn)一步增加的風(fēng)險(xiǎn)，目前軸位移處于報(bào)警及跳車至邊緣，隨時(shí)會聯(lián)鎖跳車，影響生產(chǎn)。

表1 壓縮機(jī)軸位移設(shè)計(jì)報(bào)警連鎖值

2 原因分析

壓縮機(jī)軸位移監(jiān)測系統(tǒng)采用本特利產(chǎn)品，主要由探頭（BN 330705）、延伸電纜、前置器（ProvibT Ax/BN/9m TR3102）和相關(guān)附件構(gòu)成，位移零點(diǎn)電壓缺省設(shè)置為DC 9.75 V。前置器上有4個(gè)端子（圖3），測量1#、3#端子讀出的數(shù)據(jù)是探頭間隙電壓（狀態(tài)監(jiān)測），測量2#、3#端子讀出的數(shù)據(jù)是前置器反饋至DCS 的電流信號（PLC/DCS），3#、4#端子是控制電源。

圖3 前置器結(jié)構(gòu)簡圖

檢查DCS 軸位移監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，調(diào)整完后軸位移數(shù)據(jù)即為0.902 4 mm/0.845 8 mm，試車后復(fù)測探頭間隙電壓為DC 13.082 V（ZI40115A），DC 12.928 V（ZI40115B），如圖4 所示。說明軸位移調(diào)整過程中間隙電壓測量有誤，造成偏差。后經(jīng)現(xiàn)場測試，前置器端子選取有誤，且誤測端子作為間隙電壓是造成軸位移偏差的原因。

圖4 復(fù)測探頭間隙電壓

在安裝過程中對轉(zhuǎn)子密封盤車跑合，調(diào)整對中等均需轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的位置勢必不會保持在零點(diǎn)位置，轉(zhuǎn)子的位置經(jīng)過盤車即發(fā)生變化，如圖5 所示。

圖5 安裝調(diào)試期間軸位移變化趨勢

盤車過程中軸位移數(shù)據(jù)見表2，轉(zhuǎn)子不同程度上往進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)極限位置靠攏，且相對數(shù)據(jù)變化幅度均在0.21 mm 范圍內(nèi)。這樣更加能確定首次調(diào)整后的位置（0.902 4 mm、0.845 78 mm）即為轉(zhuǎn)子實(shí)際零點(diǎn)位置。尤其需要注意的是，3 月19 日試車前軸位移數(shù)據(jù)（0.72 mm、0.64 mm）不能作為零點(diǎn)位置，轉(zhuǎn)子的盤車以及聯(lián)軸器的安裝均會造成軸位移的變化，此時(shí)轉(zhuǎn)子實(shí)際位置靠近排氣側(cè)。

3 處理方案

通過取證分析，確定異常現(xiàn)狀原因，然后進(jìn)行推算，確定后續(xù)處理方案。壓縮機(jī)軸位移X 與探頭間隙電壓U 關(guān)系為U=S[X-Xmin]+U0-S∣Xmin∣，其中，S 為靈敏度，8 mV/μm；Xmin為探頭量程最小值，-2 mm；U0為位移零點(diǎn)電壓缺省值，9.75 V。

表2 壓縮機(jī)軸位移安裝調(diào)試過程中變化值

根據(jù)現(xiàn)場轉(zhuǎn)子實(shí)際竄量可知，軸位移X 應(yīng)在-0.21～+0.21 mm波動，間隙電壓U 應(yīng)保持在8.07～11.43 V，日?？赏ㄟ^復(fù)測間隙電壓推算出轉(zhuǎn)子實(shí)際軸位移。若按照0.902 4 mm/0.845 78 mm 作為零點(diǎn)重新調(diào)整，間隙電壓應(yīng)保持在16 V 左右。

由表3 可知，壓縮機(jī)檢修前ZI40115A 運(yùn)行數(shù)據(jù)在0.385～0.55 mm，ZI40115B 運(yùn)行數(shù)據(jù)在0.465～0.526 mm，轉(zhuǎn)子零點(diǎn)位置為0。依此推算，當(dāng)前空壓機(jī)軸位移ZI40115A 運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)在1.287～1.452 mm，ZI40115B 運(yùn)行數(shù)據(jù)應(yīng)在1.310～1.371 mm。實(shí)際運(yùn)行過程中，軸位移的變化與諸多因素有關(guān)，例如，轉(zhuǎn)子殘余不平衡力的影響，密封泄漏量的影響，推力軸承及潤滑狀況的影響，軸位移自身監(jiān)測系統(tǒng)的影響，環(huán)境溫度影響，轉(zhuǎn)子殼體熱膨脹因素影響，IGV 及BOV 開度的影響等，針對不同故障的誘因采取的對策不盡相同。

表3 壓縮機(jī)軸位移在檢修前后對比

經(jīng)討論，提出如下3 種方案。

（1）方案1。按首次反饋的零點(diǎn)位置，重新設(shè)置報(bào)警及跳車值（表4）。針對后期遇到的異常狀況，再酌情調(diào)整。

表4 壓縮機(jī)軸位移修改方案

（2）方案2。停機(jī)調(diào)整，具體做法：?？諌簷C(jī)，冷卻足夠時(shí)間（確?？諌簷C(jī)內(nèi)外溫度接近），拆除隔音罩（行車進(jìn)行吊裝作業(yè)）。拆開空壓機(jī)上殼體人孔蓋，進(jìn)入空壓機(jī)進(jìn)氣側(cè)軸承座上部，拆除軸承座上壓蓋。拆除空壓機(jī)聯(lián)軸器、排氣側(cè)軸承端蓋及各項(xiàng)儀表，安裝盤車器手動盤車，打表將轉(zhuǎn)子找至零點(diǎn)位置。重新調(diào)整軸位移探頭，回裝各零部件及儀表。排除冷機(jī)時(shí)間、拆除隔音罩時(shí)間，設(shè)備檢修時(shí)間預(yù)計(jì)需要48 h。

（3）方案3。停機(jī)調(diào)整，具體做法：記錄當(dāng)前停機(jī)軸位移數(shù)據(jù)，在實(shí)際數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上分別減去0.902 4 mm（ZI40115A），0.845 8 mm（ZI40115B）。拆開空壓機(jī)上殼體人孔蓋及軸承座上壓蓋，手動調(diào)整軸位移探頭。同時(shí)對照DCS 數(shù)據(jù)，保證調(diào)整數(shù)據(jù)與計(jì)算的數(shù)據(jù)相同即可，恢復(fù)安裝。該檢修時(shí)間預(yù)計(jì)8 h。需要指出的是，該方案前提是確認(rèn)轉(zhuǎn)子零點(diǎn)位置，實(shí)際意義與方案1 并無多大區(qū)別。

因壓縮機(jī)揭蓋檢修耗費(fèi)時(shí)間較長，嚴(yán)重影響生產(chǎn)計(jì)劃，后續(xù)采用方案1 計(jì)劃執(zhí)行，按程序申請調(diào)整聯(lián)鎖值，并計(jì)劃在2018年大修，重新調(diào)整軸位移。

調(diào)整聯(lián)鎖值后，機(jī)組持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行至2018 年大修，期間未因軸位移異常發(fā)生聯(lián)鎖。2018 年大修檢查，壓縮機(jī)推力軸承巴氏合金無磨損，瓦面狀態(tài)良好。

4 經(jīng)驗(yàn)和啟發(fā)

（1）通過學(xué)習(xí)掌握軸位移與間隙電壓的對應(yīng)關(guān)系，以便常規(guī)檢查時(shí)即可復(fù)核轉(zhuǎn)子實(shí)際狀況與DCS 數(shù)據(jù)是否吻合。

（2）機(jī)組軸位移安裝間隙與運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)相差較大。主要是機(jī)組本體、探頭等受熱會朝向自由端膨脹，常規(guī)檢查務(wù)必等到機(jī)組完成冷卻到常溫后進(jìn)行測量，數(shù)據(jù)相對準(zhǔn)確。

（3）條件允許情況下應(yīng)當(dāng)立即重新調(diào)整，否則一旦出現(xiàn)問題，輕則跳車，重則導(dǎo)致軸承磨損，機(jī)組不可逆損傷。

（4）此次案例給設(shè)備管理人員帶來深刻教訓(xùn)，實(shí)際工作中多加細(xì)心，凡事要系統(tǒng)性考慮、確認(rèn)。才能保障工作質(zhì)量，往往一個(gè)小小疏忽帶來的結(jié)果是慘痛、巨大的。