趙小陽，孫德超，欒碩，董元亮，張博強(qiáng)

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

1 壓縮機(jī)介紹

某廠供2BCL406 壓縮機(jī)是一種高轉(zhuǎn)速的離心式壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)為二段六級(jí)離心式，設(shè)計(jì)用來輸送高壓合成氣，廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域。該型壓縮機(jī)擁分為新鮮段和循環(huán)段，6 個(gè)壓縮級(jí)，氣體在流經(jīng)其葉輪時(shí)，葉輪高速旋轉(zhuǎn)使氣體在離心力的作用下，提升氣體介質(zhì)的壓力，同時(shí)，會(huì)提高氣體介質(zhì)的流速，將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w介質(zhì)的靜壓能和動(dòng)能。此后，氣體在流經(jīng)擴(kuò)壓器流道時(shí)，流道截面逐漸增大，前面的氣體流速降低，后面的氣體不斷涌流向前，使氣體的絕大部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，起到進(jìn)一步增壓的作用，后經(jīng)回流器將氣體導(dǎo)入下一級(jí)繼續(xù)壓縮。

壓縮機(jī)參數(shù)如下：

氣體額定流量：92000Nm3/h、386400Nm3/h

額定轉(zhuǎn)速:12760r/min

額定功率:4676kW

臨界轉(zhuǎn)速:第一 2350r/min 第二7200r/min

入口壓力:5.14（新鮮段）/7.07（循環(huán)段）MPa (a)

入口溫度:30.7（新鮮段）/55（循環(huán)段）℃

出口壓力:8.245（新鮮段）/8.308 循環(huán)段）MPa(a)

出口溫度:88.6（新鮮段）/72.8（循環(huán)段）℃

2 離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障分析

2.1 離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障簡介

軸系振動(dòng)過大是離心壓縮機(jī)最常見的故障，其危害性最大，且引起振動(dòng)的原因錯(cuò)綜復(fù)雜。該離心式壓縮機(jī)運(yùn)行期間要求軸系4 個(gè)測點(diǎn)的振動(dòng)值不超過25.4μm，此為最優(yōu)狀態(tài)，振動(dòng)值達(dá)到55μm 就會(huì)觸發(fā)報(bào)警，振動(dòng)值達(dá)到88.9μm，機(jī)組會(huì)連鎖停機(jī)。如果設(shè)備長期處在高振動(dòng)值狀況下運(yùn)行，過高的振動(dòng)值會(huì)加速易損件的損耗速度，加速軸承瓦塊摩擦接觸面以及缸內(nèi)梳齒密封的磨損，使設(shè)備使用壽命縮短，效率降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起軸承直接損壞，轉(zhuǎn)定子刮碰導(dǎo)致抱軸停機(jī)等故障，影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)，給使用方造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 離心壓縮機(jī)振動(dòng)情況分析

2018 年4 月21 日13：40 時(shí)，新增壓縮機(jī)進(jìn)行空負(fù)荷機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，介質(zhì)為空氣，各段進(jìn)出口與大氣聯(lián)通。該機(jī)組為電機(jī)拖動(dòng)，不可改變轉(zhuǎn)速，所以在開機(jī)前在入口處加過濾網(wǎng)，防止突然增大的吸入風(fēng)量將異物帶入缸體內(nèi)。運(yùn)轉(zhuǎn)期間前20min 軸系監(jiān)測各點(diǎn)數(shù)值均呈現(xiàn)良好狀態(tài)，20min 后非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)其中一個(gè)測點(diǎn)呈現(xiàn)上升趨勢，同位置的另一測點(diǎn)有小幅升高，待運(yùn)行1h 后，開始上升的測點(diǎn)已經(jīng)由啟機(jī)時(shí)的17μm 升高至43μm，小幅升高的另一測點(diǎn)也由啟機(jī)時(shí)的10μm 升至20μm，由于擔(dān)心測點(diǎn)還有持續(xù)升高的趨勢觸發(fā)報(bào)警值，故將機(jī)組于15：30 時(shí)手動(dòng)停機(jī)，期間非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值持續(xù)升高，驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值兩個(gè)測點(diǎn)始終保持在6.2μm。

離心式壓縮機(jī)振動(dòng)基本成因：

（1）由加工和后期運(yùn)行及介質(zhì)過臟或有輕微腐蝕性等原因?qū)е碌霓D(zhuǎn)子不平衡，此類原因引起的振動(dòng)在全國各個(gè)項(xiàng)目時(shí)有發(fā)生。

（2）轉(zhuǎn)子的臨時(shí)性熱變形：轉(zhuǎn)子在超過設(shè)計(jì)溫度的環(huán)境下由于升速過快預(yù)加載較高產(chǎn)生臨時(shí)性不均勻的熱變形，在溫度降低到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)負(fù)荷及扭矩從峰值降下來后，變形量會(huì)逐漸消除，此類原因引起的振動(dòng)不常見，也屬于不平衡原因的一種。

（3）軸承類問題：由于潤滑油質(zhì)量不好導(dǎo)致的瓦塊磨損過大，軸承在裝配過程中間隙及過盈量有誤差、瓦塊形線不好接觸面積不足等原因引起的振動(dòng)。

（4）儀表類問題：儀表本身存在干擾，儀表線松動(dòng)，振動(dòng)探頭套管松動(dòng)，振動(dòng)探頭和位移探頭接反等原因引起的振動(dòng)。

（5）喘振：喘振可以分為弱喘振和深度喘振，它們之間沒有分界線，一般出現(xiàn)倒流的喘振多為深度喘振。弱喘振一般為級(jí)間喘振，有較小的氣流聲。一般情況下，喘振不會(huì)對(duì)軸系振動(dòng)產(chǎn)生影響，但是嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間較長的喘振依然會(huì)引起軸系振動(dòng)，因?yàn)閲?yán)重的喘振會(huì)引發(fā)機(jī)組各部工藝管線產(chǎn)生劇烈的晃動(dòng)，甚至使壓縮機(jī)氣缸產(chǎn)生位移，內(nèi)部氣流也會(huì)劇烈的擾動(dòng)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)。

（6）氣體激振：此類振動(dòng)主要由密封處的氣體旋流擾動(dòng)轉(zhuǎn)子所致，由于離心式壓縮機(jī)內(nèi)部密封多為梳齒密封，屬于逐級(jí)降壓式密封，而且存在一定的泄漏量，密封腔中的氣體被高速旋轉(zhuǎn)的主軸所帶動(dòng)產(chǎn)生旋流在密封圓周方向間隙不均勻的情況下會(huì)形成不均勻的壓力分布，從而引起轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。此類振動(dòng)的特點(diǎn)是需要壓縮機(jī)到達(dá)一定的轉(zhuǎn)速和內(nèi)部壓力負(fù)荷時(shí)會(huì)突然產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，降低轉(zhuǎn)速降低負(fù)荷后振動(dòng)也會(huì)隨之降低，多發(fā)于介質(zhì)分子量較大且內(nèi)部壓力較高的設(shè)備。

（7）缸體貓爪熱膨脹：壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是對(duì)介質(zhì)做功導(dǎo)致介質(zhì)升溫，故多數(shù)壓縮機(jī)都帶有段間氣體冷卻器，缸體溫度升高后貓爪處也會(huì)升溫，一般在貓爪固定螺栓處會(huì)留有0.02～0.05mm 的間隙，如果安裝人員忽略此問題，會(huì)導(dǎo)致膨脹力無法釋放，從而影響兩端軸承，有較低概率引起振動(dòng)。

（8）缸體內(nèi)部熱膨脹：在壓縮機(jī)試運(yùn)行過程中，使用非設(shè)計(jì)介質(zhì)運(yùn)行時(shí)如果兩種介質(zhì)分子量相差較大，會(huì)導(dǎo)致缸內(nèi)及進(jìn)出口溫度遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值，長時(shí)間在此狀態(tài)下運(yùn)行，有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)定子產(chǎn)生設(shè)計(jì)之外的熱膨脹量，從而使轉(zhuǎn)定子出現(xiàn)刮碰，振動(dòng)值升高，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備抱軸損毀。

（9）驅(qū)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)軸系對(duì)中情況較差，由于近十幾年各個(gè)壓縮機(jī)生產(chǎn)商均使用膜片撓性聯(lián)軸器，此類聯(lián)軸器對(duì)于不對(duì)中量的吸收能力很強(qiáng)，如果對(duì)中誤差不太大的話基本都能保證正常運(yùn)行，當(dāng)然如果誤差過大甚至達(dá)到1.5 ～2mm以上依然會(huì)引起振動(dòng)。

3 壓縮機(jī)振動(dòng)原因分析

針對(duì)此次故障的初步表現(xiàn)進(jìn)行排查，重新復(fù)測對(duì)中值發(fā)現(xiàn)雖有偏差但是偏差較小，貓爪處間隙合格，由于進(jìn)出口直接與大氣相連，故不考慮喘振因素，且故障表現(xiàn)也不符合氣體激振的特性。用戶方重新檢測儀表干擾問題，確認(rèn)接線無誤且設(shè)備附近并沒有大功率干擾源。后經(jīng)拆檢軸承后發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端支撐軸承正下方瓦塊接觸面積較小，經(jīng)研磨達(dá)到合適的接觸面積，復(fù)測軸承間隙過盈量等數(shù)據(jù)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，油質(zhì)量重新檢測，油箱底部取樣后發(fā)現(xiàn)沒有硬點(diǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)均合格。排除上述因素后，機(jī)組進(jìn)行氮?dú)庳?fù)荷運(yùn)行，此次運(yùn)行工藝管線全部連接投用，開機(jī)2h，非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值依然持續(xù)升高臨近報(bào)警值，且連接工藝管線后發(fā)現(xiàn)合成段排氣溫度顯示值已經(jīng)達(dá)到132℃，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值88.6℃，由此推測空負(fù)荷開機(jī)時(shí)缸內(nèi)溫度依然很高，只是經(jīng)壓縮的空氣直接排入大氣后溫度損失較快，沒有引起測溫人員的重視。經(jīng)過此次運(yùn)行，振動(dòng)原因基本鎖定在介質(zhì)溫升較大引起的轉(zhuǎn)定子輕微刮碰、轉(zhuǎn)子不平衡、臨時(shí)性熱變形三點(diǎn)上，由于該機(jī)組驅(qū)動(dòng)機(jī)沒有變頻器，不能改變轉(zhuǎn)速，開機(jī)10s 內(nèi)基本能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速保持不變，而轉(zhuǎn)子本身在冷態(tài)狀態(tài)下如果存在不平衡量則應(yīng)該在轉(zhuǎn)速快速提升的過程中出現(xiàn)振動(dòng)值持續(xù)升高的現(xiàn)象，而不是在運(yùn)行20min 后才出現(xiàn)振動(dòng)升高的現(xiàn)象。如果為轉(zhuǎn)定子刮碰現(xiàn)象導(dǎo)致，則驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值大概率應(yīng)有和非驅(qū)動(dòng)端相同的趨勢，且轉(zhuǎn)定子刮碰出現(xiàn)的振動(dòng)多為瞬時(shí)振動(dòng)，一般都是振動(dòng)值突然出現(xiàn)很大的上升然后快速回落，出現(xiàn)持續(xù)刮碰會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)直接連鎖停機(jī)，不會(huì)出現(xiàn)緩慢的上升趨勢。綜上所述，故障原因初判為轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部介質(zhì)溫升過大偏離設(shè)計(jì)值導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)臨時(shí)性熱變形，影響轉(zhuǎn)子的平衡，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。后經(jīng)遠(yuǎn)程頻譜分析發(fā)現(xiàn)一倍頻較高，詢問后得知設(shè)備在生產(chǎn)廠內(nèi)試運(yùn)行時(shí)此測點(diǎn)振動(dòng)值為22μm，與設(shè)備在現(xiàn)場運(yùn)行的前20min 相近。雖找到原因，但此類振動(dòng)只有通過后續(xù)開機(jī)來驗(yàn)證，在設(shè)計(jì)介質(zhì)進(jìn)入設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于分子量為11 左右，比空氣和氮?dú)庑『芏?，即使組分變化引起溫升稍微高一點(diǎn)也不會(huì)像空氣和氮?dú)庖粯痈摺ＴO(shè)備于2018 年8月正式投用，進(jìn)入合成氣介質(zhì)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后振動(dòng)值穩(wěn)定在26μm 沒有持續(xù)上升。此次故障分析正確有效。

4 結(jié)語

為了使離心壓縮機(jī)能夠長期平穩(wěn)可靠地運(yùn)行，在投運(yùn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整合適的運(yùn)行方式，對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的維護(hù)保養(yǎng)，及時(shí)找出引起設(shè)備不良的原因進(jìn)行分析排查，觀察問題的細(xì)節(jié)不可蠻干，以保證壓縮機(jī)的高效和使用壽命。