王凱　韓少帥

摘 要：離心式壓縮機(jī)在日常運(yùn)行中出現(xiàn)故障多是由于機(jī)組振動(dòng)而引起的機(jī)械故障，機(jī)組振動(dòng)常見的有縮短壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間、減少壓縮機(jī)運(yùn)行壽命甚至裝置停止，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。 由于壓縮機(jī)故障日常損害嚴(yán)重，容易造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，筆者就日常工作中如何避免減少故障簡(jiǎn)單闡述如下。

關(guān)鍵詞：葉片斷裂;低頻振動(dòng);改變意識(shí);旋轉(zhuǎn)速度

離心式壓縮機(jī)是大型生產(chǎn)企業(yè)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備，通常具有很大的轉(zhuǎn)速、流量大、連續(xù)工作、作業(yè)量大等特點(diǎn)，在日常作業(yè)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用，它的運(yùn)行情況直接關(guān)系到整個(gè)企業(yè)的工作效率以及利潤(rùn)，一旦出現(xiàn)機(jī)器故障，就會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

于是，對(duì)于離心壓縮機(jī)的定時(shí)監(jiān)測(cè)和維護(hù)就尤為重要，它不僅僅可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的故障苗頭，還能及時(shí)避免惡性事故的發(fā)生，從根本上解決目前設(shè)備定期維護(hù)過程中“失修”“過修”的問題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生產(chǎn)需求的加大導(dǎo)致了需要更多的離心式壓縮設(shè)備，以來確保生產(chǎn)生活的需要。

一、離心式壓縮機(jī)工作原理

離心式壓縮機(jī)用于壓縮氣體的主要部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和通流面積逐漸增加的擴(kuò)壓器。簡(jiǎn)而言之，離心式壓縮機(jī)的工作原理是通過葉輪對(duì)氣體作功，在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能的。

更通俗地說，氣體在流過離心式壓縮機(jī)的葉輪時(shí)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，另一方面速度也極大增加，即離心式壓縮機(jī)通過葉輪首先將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的靜壓能和動(dòng)能。此后，氣體在流經(jīng)擴(kuò)壓器的通道時(shí)，流道截面逐漸增大，前面的氣體分子流速降低，后面的氣體分子不斷涌流向前，使氣體的絕大部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，也就是進(jìn)一步起到增壓的作用。顯然，葉輪對(duì)氣體做功是氣體得以升高壓力的根本原因，而葉輪在單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位質(zhì)量氣體作功的多少是與葉輪外緣的圓周速度密切相關(guān)的，圓周速度越大，葉輪對(duì)氣體所作的功就越大。

優(yōu)點(diǎn)：

離心式壓縮機(jī)之所以能獲得這樣廣泛的應(yīng)用，主要是比活塞式壓縮機(jī)有以下一些優(yōu)點(diǎn)。

（一）離心式壓縮機(jī)的氣量大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，重量輕，機(jī)組尺寸小，占地面積小。

（二）運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護(hù)費(fèi)用及人員少。

（三）在化工流程中，離心式壓縮機(jī)對(duì)化工介質(zhì)可以做到絕對(duì)無油的壓縮過程。

（四）離心式壓縮機(jī)為一種回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器，它適宜于工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接拖動(dòng)。對(duì)一般大型化工廠，常用副產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)工業(yè)汽輪機(jī)作動(dòng)力，為熱能綜合利用提供了可能。但是，離心式壓縮機(jī)也還存在一些缺點(diǎn)。

缺點(diǎn)：

（五）離心式壓縮機(jī)還不適用于氣量太小及壓比過高的場(chǎng)合。

（六）離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，其氣量調(diào)節(jié)雖較方便，但經(jīng)濟(jì)性較差。

（七）離心式壓縮機(jī)效率一般比活塞式壓縮機(jī)低。

我國在五十年代已能制造離心式壓縮機(jī)，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進(jìn)了一系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機(jī)，取得了豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，并在對(duì)引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收的基礎(chǔ)上大大增強(qiáng)了自己的研究、設(shè)計(jì)和制造能力。

二、離心式壓縮機(jī)故障

離心式壓縮機(jī)主要是通過旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)來完成，在旋轉(zhuǎn)的過程中，旋轉(zhuǎn)的葉輪中，流體被加速，在后續(xù)的擴(kuò)壓器中，流體的速度轉(zhuǎn)換成壓力，從而實(shí)現(xiàn)氣體被壓縮的目的。在氣體被壓縮的過程中，葉輪給氣體作用力，反過來，氣體給轉(zhuǎn)子的作用力，這種作用力往往導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，這種振動(dòng)積累到一定的程度，就形成了振動(dòng)故障，筆者在工作中簡(jiǎn)單總結(jié)出以下幾種故障。

（一）強(qiáng)迫振動(dòng)

壓縮機(jī)振動(dòng)可以稱之為被強(qiáng)迫式振動(dòng)，主要原因是壓縮機(jī)本體受到周期相同的振動(dòng)而產(chǎn)生的作用。這種振動(dòng)頻率在一定情況下會(huì)影響機(jī)器的工作，長(zhǎng)期振動(dòng)消耗壓縮機(jī)的大量能量，使得壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子始終保持不間斷的等幅度振動(dòng)，這種振動(dòng)主要來源于能量補(bǔ)償壓縮機(jī)所消耗的能量。這種消耗主要來自軸承油膜的阻尼作用。如果外界輸入給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的能量都能夠被軸承的阻尼所消耗，這種轉(zhuǎn)子本身是比較穩(wěn)定的，強(qiáng)迫振動(dòng)始終要保持一定的幅度。如果在一定情況下，外界輸入給轉(zhuǎn)子的能量大于軸所承受的消耗的能量，那么轉(zhuǎn)子從外界獲得的能量將會(huì)被積累在一塊，從而使得振動(dòng)越來越大，最后發(fā)散出去，這種現(xiàn)象造成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定，該振動(dòng)反過來進(jìn)而影響激振力。這種外激勵(lì)力的主要來源由壓縮轉(zhuǎn)子同他相連的壓縮轉(zhuǎn)子或者汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子有聯(lián)軸器不對(duì)中、轉(zhuǎn)子本身可能存在的殘余不平衡量或者壓縮機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子的靜摩擦、壓縮機(jī)內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)子上的零部件松動(dòng)或者轉(zhuǎn)子和軸承不見導(dǎo)致的非線性振動(dòng)等。由于強(qiáng)迫振動(dòng)是由于外界擾動(dòng)力引起的，所以其特征頻率總是等于擾動(dòng)力的頻率。

（二）自激振動(dòng)

自激振動(dòng) self-excited oscillation 由靜能源的能量產(chǎn)生的持續(xù)而穩(wěn)定的周期振動(dòng)。在振幅小的期間，振動(dòng)能量可平均地得到補(bǔ)充;在振幅增大期間，耗散的能量組成，被包含在振動(dòng)系統(tǒng)中，此時(shí)補(bǔ)充的能量與耗散的能量達(dá)到平衡而接近一定振幅的振動(dòng)。心臟的搏動(dòng)、顫抖、性周期等一些在生物中所看到的周期現(xiàn)象，有許多是自激振動(dòng)。

自激振動(dòng)的特點(diǎn)是一旦交變力消失，自激振動(dòng)也就自然停止了，自激振動(dòng)的頻率與外在激勵(lì)頻率無關(guān)。通常的自己振動(dòng)會(huì)激起轉(zhuǎn)子本身的低價(jià)模態(tài)，也就是說這種振動(dòng)頻率取決于轉(zhuǎn)子本身的特性，壓縮機(jī)常見的自激振動(dòng)現(xiàn)象有油膜渦動(dòng)和油膜振動(dòng)一起的振動(dòng)。這種振動(dòng)原理是由于轉(zhuǎn)動(dòng)與軸承之間間隙中的潤(rùn)滑油流動(dòng)性導(dǎo)致轉(zhuǎn)子周邊的流體壓力不均勻分布。這種不均勻分布導(dǎo)致了一個(gè)不保守力，這種力量給轉(zhuǎn)子輸出能量。產(chǎn)生不均勻的壓力分布，這種分布對(duì)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是非常有害的，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)對(duì)壓縮機(jī)造成嚴(yán)重的破壞。

（三）強(qiáng)迫振動(dòng)

強(qiáng)迫振動(dòng)是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子故障這里可以稱為非定常強(qiáng)迫振動(dòng)。這種振動(dòng)的產(chǎn)生是外來的干擾動(dòng)力下導(dǎo)致的。同強(qiáng)迫振動(dòng)一樣，外在的擾動(dòng)力的頻率決定了離心力的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率振動(dòng)本身的幅度大小值與相位也影響外來擾動(dòng)力的幅度大小與相位。反過來，彎曲振動(dòng)幅值和相位的變化又影響到熱變形的部位，有可能使得轉(zhuǎn)子的熱變形重新分布，從而使得該振動(dòng)不斷的發(fā)生變化。

三、低頻振動(dòng)的分析

低頻振動(dòng)一般是指激勵(lì)頻率低于基頻振動(dòng)，通常有油膜振蕩、氣流振蕩和紋裂轉(zhuǎn)子等幾類。

目前大型的轉(zhuǎn)子低頻主要來源與氣流的激振，它是一種自激振動(dòng)，轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部機(jī)制觸發(fā)了振動(dòng)的產(chǎn)生，將轉(zhuǎn)子一部分能量轉(zhuǎn)化為橫向振動(dòng)的能量，維持轉(zhuǎn)子的不斷振動(dòng)的力來自于運(yùn)動(dòng)本身，并且這種力量又會(huì)加劇轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，因此氣流自激振動(dòng)是一種突然發(fā)生，并且會(huì)快速增加危害性極大的現(xiàn)象，需要引起人們的高度重視。

消除或者減少轉(zhuǎn)子氣流激振的措施一般從增大系統(tǒng)阻尼和減少氣流激振這兩個(gè)方面入手。增加氣流激振力的方法有適當(dāng)?shù)脑龃笕~頂間隙，減少軸向間隙，調(diào)整轉(zhuǎn)子在剛體中的位置使圓周方向間隙盡量均勻等。

四、其他故障分析

（一）聯(lián)軸器以及中心

電動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)之間采用膜片聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器對(duì)于軸器對(duì)于軸系中心不正具有較強(qiáng)的補(bǔ)償能力。從振動(dòng)頻譜來看，振動(dòng)的主要頻率為工頻成分，根據(jù)振動(dòng)理論，如果對(duì)中不良，工振動(dòng)會(huì)較大，甚至?xí)^工頻振幅值，這樣就會(huì)造成嚴(yán)重影響。

（二）軸承油膜

關(guān)于軸承油膜振蕩，根據(jù)振動(dòng)理論，油膜的振動(dòng)頻率約為工頻的一半，那么在一半的工頻中振幅比較大，但頻譜圖在工頻處的振幅值變化比較大，因此可以排除軸承油膜是失穩(wěn)等故障。

（三）平衡的狀況

機(jī)組開始運(yùn)行時(shí)振動(dòng)比較小，說明壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子出廠時(shí)動(dòng)平衡狀況良好。運(yùn)行一段時(shí)間后工頻分量振動(dòng)逐漸增大，這說明轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了彎曲或者在轉(zhuǎn)子上有可能產(chǎn)生了與不平衡相類似的新激振力。

（四）軸承磨損

由振動(dòng)理論可知，如果軸承磨損，將會(huì)使轉(zhuǎn)子發(fā)生變化，在激振力不大時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生比較大的工振動(dòng)。因此在不能排除轉(zhuǎn)子運(yùn)行一段時(shí)間后振動(dòng)逐漸增大，這種缺陷逐漸產(chǎn)生。

（五）動(dòng)、靜摩擦

從振動(dòng)的規(guī)律上分析，機(jī)組的振動(dòng)異常很大程度上都是由于摩擦引起的。動(dòng)、靜的相互碰撞，轉(zhuǎn)子上受到一個(gè)大的沖擊作用，將會(huì)使得壓縮機(jī)產(chǎn)生異常的振動(dòng)，同時(shí)在大的沖擊下，也可能導(dǎo)致振動(dòng)后的變化，從而產(chǎn)生大的差異，造成一定的軸承損失。

五、處理方案

（一）在使用機(jī)器前，嚴(yán)格按照離心壓縮機(jī)操作要求進(jìn)行開關(guān)機(jī)。

（二）做好機(jī)件檢查工作。主要的機(jī)器部件定期做檢查，如果發(fā)現(xiàn)有磨損或者有彎曲發(fā)生，及時(shí)做好更替工作，在檢查過程中做好記錄，以便及時(shí)全面的掌握機(jī)器運(yùn)行情況。

（三）拆開后端蓋，導(dǎo)向葉片、入口錐形體，檢查裝配技術(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備部件發(fā)生了磨損。磨損部分及時(shí)的對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。

總之，隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，離心式壓縮機(jī)需要每年數(shù)量不斷增加，如何更好的做好離心式壓縮機(jī)管理工作，讓其在正常工作時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行，已成為現(xiàn)代企業(yè)設(shè)備管理的重要目標(biāo)之一。在壓縮機(jī)日常管理過程中就要通過對(duì)壓縮機(jī)的在線控制，出現(xiàn)小的故障及時(shí)排除，以便于在此故障產(chǎn)生較大的破壞之前，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或有計(jì)劃地進(jìn)行對(duì)其進(jìn)行停機(jī)檢修。對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，盡早識(shí)別出比較小的事故，并監(jiān)測(cè)其故障的發(fā)展趨勢(shì)，以便于在此故障產(chǎn)生較大破壞之前，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或者有計(jì)劃對(duì)對(duì)其進(jìn)行檢修。所以，在使用過程中及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)及時(shí)故障診斷的研究，具有非常重要的意義。

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作者信息：王凱 （1991.2—），男，籍貫：洛陽 學(xué)歷：大專 現(xiàn)在工作單位： 河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司 ，研究方向：? 化工機(jī)械。