摘要:針對大型空分裝置的空壓機+氮氣增壓機壓縮機機組振動故障進行分析,診斷出振動故障的原因，準確地找出了故障源：在中壓缸推力側(cè)振動值突然升高，是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動；在增速機輸出側(cè)振動值突然升高，是由于聯(lián)軸器故障引起的振動。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機；振動；故障分析

中圖分類號：TTH452 文獻標識碼：B

文章編號：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，空壓機又是空分裝置主要設(shè)備，空壓機長期穩(wěn)定運行，才能確保空分裝置為其它工藝系統(tǒng)裝置提供氧氣及氮氣。而振動是壓縮機的常見故障[1-3]，當振動過大時會影響壓縮機的可靠運行，給生產(chǎn)造成很大的損失，因此保證壓縮機的安全可靠運行，對提高生產(chǎn)效率及經(jīng)濟效益有重要的意義。

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，該壓縮機組由汽輪機、空壓機低壓缸及中壓缸、增速機、氮氣增壓機組成，如圖1所示，圖中只繪出了二段進氣的法蘭，其余進出氣法蘭沒有繪出。由于是生產(chǎn)初期，本機組沒有安裝振動測試分析儀。本機組汽輪機功率為39299kW，空壓機流量為246700Nm3/h，空壓機出口壓力為0.64MPa(A)，空壓機工作轉(zhuǎn)速為4405r/min，氮氣增壓機的流量為164407 Nm3/h，氮氣增壓機出口壓力為8.31 MPa(A)，氮氣增壓機工作轉(zhuǎn)速為9168 r/min。

2 振動故障

2.1 故障特征1

該空壓機組安裝完畢，并已通過機械運轉(zhuǎn)，機組各軸瓦振動測點數(shù)值在正常范圍之內(nèi)。機組測振元件采用美國本特利測振探頭，通過計算機實時跟蹤記憶監(jiān)測。

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

2.2 故障特征2

由于是試運階段，該壓縮機組經(jīng)多次啟動運行，并多次拆裝檢修。又一次啟動運行8h后，如圖1變速機輸出端0016A/B出現(xiàn)振動,振動值突然超過了連鎖值，達到了滿量程150μm，壓縮機組再次停機。停機后，在微機實時記憶監(jiān)測畫面上顯示該測點數(shù)值始終為150μm，沒有歸零。

該離心壓縮機組的正常振動值、出現(xiàn)振動的位置及連鎖值列于表1中。

表1 空壓機+氮氣增壓機機組振動值及聯(lián)鎖值

3  故障分析

離心式壓縮機振動現(xiàn)象主要包括轉(zhuǎn)子不平衡、對中不良、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在試運之初，便會產(chǎn)生振動；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)為振動值隨著運行時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)為振動值突然升高。

各轉(zhuǎn)子之間用聯(lián)軸器聯(lián)接傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，由于機組的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機組基礎(chǔ)的不均勻沉降等，有可能會造成機組工作時各轉(zhuǎn)子軸線之間產(chǎn)生不對中。不對中將導致軸向、徑向交變力，引起軸向振動和徑向振動，而且振動會隨不對中嚴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造成聯(lián)軸器故障。軸瓦間隙偏大、油膜渦動等原因是造成軸承缺陷的主要原因。

該離心壓縮機組安裝后，已經(jīng)過多次試車，并且在試車后經(jīng)過多次拆裝、對中檢查，運行一直平穩(wěn)，見表1中的振動值。根據(jù)前述振動故障特征1，在中壓缸推力側(cè)振動值突然升高，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，進而引起振動。根據(jù)前述振動故障特征2，在增速機輸出側(cè)振動值突然升高，停機后，微機實時記錄的振動數(shù)據(jù)仍沒有歸零，引起故障的原因比較復雜，有可能是工作狀態(tài)下熱膨脹引起的對中不良，或者是在拆檢過程中安裝不當?shù)仍蛞鸬穆?lián)軸器故障，也可能是測量儀表失靈。

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，則需拆缸檢查。由于對中不良、或者聯(lián)軸器故障引起的振動則需要拆檢聯(lián)軸器。

4.1 拆缸檢查

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

4.2 拆檢增速機與增壓機聯(lián)軸器

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

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

將聯(lián)軸器中間套拆下，進行重新對中找正，重新安裝聯(lián)軸器，再次試機機組運行正常。

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，進而造成轉(zhuǎn)子不平衡而引起振動。當鐵絲處于葉輪內(nèi)徑邊緣處時，由此而產(chǎn)生的離心力可經(jīng)下面公式算出。

該機組葉輪的內(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的計算公式為

                                (2)

其中r=D1/2

根據(jù)式(1)和式(2)計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振動過大的主要原因。

6 結(jié)束語

本文對大型空分裝置的空壓機+氮氣增壓機壓縮機機組振動故障案例進行了分析,診斷正確，給出了故障處理措施，使問題及時解決，為安裝維修人員提供了經(jīng)驗。并得到了如下結(jié)論：（1）在中壓缸推力側(cè)振動值突然升高，是由于轉(zhuǎn)子不平衡引起的振動；（2）在增速機輸出側(cè)振動值突然升高，是由于聯(lián)軸器故障引起的。

參 考 文 獻

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

[2] 陳冬.離心式空壓機振動故障的診斷與檢修[J].風機技術(shù),2006(3):61-62,53.

[3] 施俊俠,王大成,黃斌.離心式壓縮機的振動故障分析[J].風機技術(shù),2003(6):47-49.

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