摘要:針對(duì)大型空分裝置的空壓機(jī)+氮?dú)庠鰤簷C(jī)壓縮機(jī)機(jī)組振動(dòng)故障進(jìn)行分析,診斷出振動(dòng)故障的原因，準(zhǔn)確地找出了故障源：在中壓缸推力側(cè)振動(dòng)值突然升高，是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)；在增速機(jī)輸出側(cè)振動(dòng)值突然升高，是由于聯(lián)軸器故障引起的振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī)；振動(dòng)；故障分析

中圖分類號(hào)：TTH452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1006-8155（2008）03-0000-00

Analysis and Treatment for Vibration Fault in Centrifugal Compressor of Large-scale Air Separation Plant

Abstract: According to the analysis on vibration fault in compressor unit with air-compressor and nitrogen booster of large-scale air separation plant, the reason for vibration fault is diagnosed and the fault source is accurately found out. The reasons for the vibration value abruptly rising in thrust side of medium pressure cylinder and in outlet side of increasing gear are due to the vibration caused by unbalancing rotor and fault coupling respectively.

Key words: centrifugal compressor; vibration; fault analysis

0 引言

空分裝置為化工企業(yè)的主要裝置，空壓機(jī)又是空分裝置主要設(shè)備，空壓機(jī)長期穩(wěn)定運(yùn)行，才能確保空分裝置為其它工藝系統(tǒng)裝置提供氧氣及氮?dú)狻６駝?dòng)是壓縮機(jī)的常見故障[1-3]，當(dāng)振動(dòng)過大時(shí)會(huì)影響壓縮機(jī)的可靠運(yùn)行，給生產(chǎn)造成很大的損失，因此保證壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行，對(duì)提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益有重要的意義。

1 設(shè)備基本情況

某化肥廠48000Nm3/h空分裝置安裝了DMCL1204+2MCL1203+3BCL608離心式壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)組由汽輪機(jī)、空壓機(jī)低壓缸及中壓缸、增速機(jī)、氮?dú)庠鰤簷C(jī)組成，如圖1所示，圖中只繪出了二段進(jìn)氣的法蘭，其余進(jìn)出氣法蘭沒有繪出。由于是生產(chǎn)初期，本機(jī)組沒有安裝振動(dòng)測(cè)試分析儀。本機(jī)組汽輪機(jī)功率為39299kW，空壓機(jī)流量為246700Nm3/h，空壓機(jī)出口壓力為0.64MPa(A)，空壓機(jī)工作轉(zhuǎn)速為4405r/min，氮?dú)庠鰤簷C(jī)的流量為164407 Nm3/h，氮?dú)庠鰤簷C(jī)出口壓力為8.31 MPa(A)，氮?dú)庠鰤簷C(jī)工作轉(zhuǎn)速為9168 r/min。

2 振動(dòng)故障

2.1 故障特征1

該空壓機(jī)組安裝完畢，并已通過機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)組各軸瓦振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)值在正常范圍之內(nèi)。機(jī)組測(cè)振元件采用美國本特利測(cè)振探頭，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤記憶監(jiān)測(cè)。

該空壓機(jī)機(jī)組再次試運(yùn)，投入空分裝置，運(yùn)行至大約10h，空壓機(jī)組中壓缸如圖1中測(cè)點(diǎn)0013A/B出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)值突然上升到了100μm，即振動(dòng)值超過了連鎖值，致使空壓機(jī)機(jī)組停機(jī)。

2.2 故障特征2

由于是試運(yùn)階段，該壓縮機(jī)組經(jīng)多次啟動(dòng)運(yùn)行，并多次拆裝檢修。又一次啟動(dòng)運(yùn)行8h后，如圖1變速機(jī)輸出端0016A/B出現(xiàn)振動(dòng),振動(dòng)值突然超過了連鎖值，達(dá)到了滿量程150μm，壓縮機(jī)組再次停機(jī)。停機(jī)后，在微機(jī)實(shí)時(shí)記憶監(jiān)測(cè)畫面上顯示該測(cè)點(diǎn)數(shù)值始終為150μm，沒有歸零。

該離心壓縮機(jī)組的正常振動(dòng)值、出現(xiàn)振動(dòng)的位置及連鎖值列于表1中。

表1 空壓機(jī)+氮?dú)庠鰤簷C(jī)機(jī)組振動(dòng)值及聯(lián)鎖值

3  故障分析

離心式壓縮機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象主要包括轉(zhuǎn)子不平衡、對(duì)中不良、聯(lián)軸器故障、軸承缺陷等。

由于轉(zhuǎn)子制造誤差、裝配誤差以及材質(zhì)不均勻等原因造成的轉(zhuǎn)子不平衡，這種原因引起的振動(dòng)在試運(yùn)之初，便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)；由于轉(zhuǎn)子上不均勻結(jié)垢、介質(zhì)中粉塵的不均勻沉積、介質(zhì)中顆粒對(duì)葉片及葉輪的不均勻磨損等原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡，表現(xiàn)為振動(dòng)值隨著運(yùn)行時(shí)間的延長而逐漸增大；由于轉(zhuǎn)子上零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的轉(zhuǎn)子不平衡，表現(xiàn)為振動(dòng)值突然升高。

各轉(zhuǎn)子之間用聯(lián)軸器聯(lián)接傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，由于機(jī)組的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機(jī)組基礎(chǔ)的不均勻沉降等，有可能會(huì)造成機(jī)組工作時(shí)各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生不對(duì)中。不對(duì)中將導(dǎo)致軸向、徑向交變力，引起軸向振動(dòng)和徑向振動(dòng)，而且振動(dòng)會(huì)隨不對(duì)中嚴(yán)重程度的增加而增大。

聯(lián)軸器安裝有誤、聯(lián)軸器制造不平衡、聯(lián)軸器端面偏差過大、彈性聯(lián)軸器制造精度不夠、銷釘不等重等原因會(huì)造成聯(lián)軸器故障。軸瓦間隙偏大、油膜渦動(dòng)等原因是造成軸承缺陷的主要原因。

該離心壓縮機(jī)組安裝后，已經(jīng)過多次試車，并且在試車后經(jīng)過多次拆裝、對(duì)中檢查，運(yùn)行一直平穩(wěn)，見表1中的振動(dòng)值。根據(jù)前述振動(dòng)故障特征1，在中壓缸推力側(cè)振動(dòng)值突然升高，可能由于轉(zhuǎn)子上零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的轉(zhuǎn)子不平衡，進(jìn)而引起振動(dòng)。根據(jù)前述振動(dòng)故障特征2，在增速機(jī)輸出側(cè)振動(dòng)值突然升高，停機(jī)后，微機(jī)實(shí)時(shí)記錄的振動(dòng)數(shù)據(jù)仍沒有歸零，引起故障的原因比較復(fù)雜，有可能是工作狀態(tài)下熱膨脹引起的對(duì)中不良，或者是在拆檢過程中安裝不當(dāng)?shù)仍蛞鸬穆?lián)軸器故障，也可能是測(cè)量儀表失靈。

4 故障處理

根據(jù)上述的故障特征分析，由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)，則需拆缸檢查。由于對(duì)中不良、或者聯(lián)軸器故障引起的振動(dòng)則需要拆檢聯(lián)軸器。

4.1 拆缸檢查

將中壓缸上殼打開，發(fā)現(xiàn)一二級(jí)葉輪流道有細(xì)鐵絲，再拆檢二段冷卻器后，發(fā)現(xiàn)冷卻器里有大量細(xì)鐵絲，從而判斷是中壓缸二段進(jìn)口法蘭纏繞墊片被吸進(jìn)壓縮機(jī)葉輪流道里，這是由于安裝時(shí)墊片偏斜，導(dǎo)致氣流沖擊墊片破損，不銹鋼絲被吸進(jìn)壓縮機(jī)葉輪里，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子瞬時(shí)間失去平衡，振動(dòng)過大，造成壓縮機(jī)組連鎖停機(jī)。表明振動(dòng)故障特征1是由于吸入異物造成轉(zhuǎn)子不平衡而引起的振動(dòng)。進(jìn)行清理壓縮機(jī)流道及冷卻器，再次開機(jī)運(yùn)行正常。

4.2 拆檢增速機(jī)與增壓機(jī)聯(lián)軸器

拆檢聯(lián)軸器發(fā)現(xiàn)，增速機(jī)側(cè)拆裝膜片聯(lián)軸器中間套安裝螺栓沒有拆下，導(dǎo)致增速機(jī)振動(dòng)過大，使壓縮機(jī)組連鎖停機(jī)。

膜片聯(lián)軸器借助膜片彈性變形，補(bǔ)償安裝誤差、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱膨脹、利用膜片的撓性（彈性變形）來補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)位移。由于膜片安裝螺栓沒有拆下，安裝螺栓將膜片壓死，致使增速機(jī)側(cè)膜片不能軸向、徑向和角向相對(duì)位移。最后導(dǎo)致振動(dòng)過大，造成壓縮機(jī)連鎖停機(jī)。

將聯(lián)軸器中間套拆下，進(jìn)行重新對(duì)中找正，重新安裝聯(lián)軸器，再次試機(jī)機(jī)組運(yùn)行正常。

5 討論

由于異物鐵絲的吸入，使葉輪產(chǎn)生了附加的離心力，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子不平衡而引起振動(dòng)。當(dāng)鐵絲處于葉輪內(nèi)徑邊緣處時(shí)，由此而產(chǎn)生的離心力可經(jīng)下面公式算出。

該機(jī)組葉輪的內(nèi)徑為D1=0.85m，轉(zhuǎn)速為n=4405r/min，吸入的鐵絲質(zhì)量約為G=0.5kg。葉輪的角速度ω與葉輪轉(zhuǎn)速的關(guān)系[4]為

                           (1)

離心力F的計(jì)算公式為

                                (2)

其中r=D1/2

根據(jù)式(1)和式(2)計(jì)算可得離心力的大小約為F=1.28kg，這一附加離心力是造成故障特征1振動(dòng)過大的主要原因。

6 結(jié)束語

本文對(duì)大型空分裝置的空壓機(jī)+氮?dú)庠鰤簷C(jī)壓縮機(jī)機(jī)組振動(dòng)故障案例進(jìn)行了分析,診斷正確，給出了故障處理措施，使問題及時(shí)解決，為安裝維修人員提供了經(jīng)驗(yàn)。并得到了如下結(jié)論：（1）在中壓缸推力側(cè)振動(dòng)值突然升高，是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動(dòng)；（2）在增速機(jī)輸出側(cè)振動(dòng)值突然升高，是由于聯(lián)軸器故障引起的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 馬雷.離心式壓縮機(jī)故障原因分析及處理措施[J]. 風(fēng)機(jī)技術(shù),2007(1):83-84.

[2] 陳冬.離心式空壓機(jī)振動(dòng)故障的診斷與檢修[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2006(3):61-62,53.

[3] 施俊俠,王大成,黃斌.離心式壓縮機(jī)的振動(dòng)故障分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2003(6):47-49.

[4] 西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室.離心式壓縮機(jī)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社,1980.