張博強

摘 要：為實現(xiàn)離心壓縮機組振動故障的有效消除，文章特對離心機組的主要振動故障及其處理進(jìn)行了分析。文章首先對離心壓縮機組進(jìn)行概述;然后分析了離心壓縮機組運行中的主要振動故障機理;接下來對其振動故障的辨識進(jìn)行分析;再將上述分析作為基礎(chǔ)，提出了機組振動故障的處理措施;最后提出了幾項主要的震動防控措施。希望通過研究與分析，可以為離心壓縮機組的震動故障消除及其運行效果保障提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機組;振動故障;故障機理;故障識別;故障處理

中圖分類號： TH456? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2022）04-0063-03

0 引言

在離心壓縮機組的具體應(yīng)用中，振動故障是一種比較常見的故障形式，如果此類故障得不到有效處理，便會對機組的運行質(zhì)量造成不良影響，甚至?xí)尮I(yè)生產(chǎn)企業(yè)面臨經(jīng)濟損失。因此，相關(guān)企業(yè)和運維技術(shù)人員一定要加強離心壓縮機組振動故障的分析，明確其故障機理與識別方法，并通過合理的措施來進(jìn)行故障處理。同時也應(yīng)該做好平時的故障防控工作。通過這樣的方式，才可以讓離心壓縮機組的振動故障得到有效防治，盡最大限度確保其安全穩(wěn)定運行。

1 離心壓縮機組概述

離心壓縮機組的主要組成部分包括定子、轉(zhuǎn)子和軸承等。其中，轉(zhuǎn)子是由葉輪等部件套在主軸上所組成，借助于動力機所施加的驅(qū)動作用，轉(zhuǎn)子會在軸承上高速旋轉(zhuǎn)[1]。在當(dāng)今，離心壓縮機組已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并在空氣、混合氣體以及各種工藝氣體輸送中發(fā)揮出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。但是在離心壓縮機組的具體應(yīng)用中，振動故障是一項需要重點關(guān)注和處理的內(nèi)容，只有做好振動故障的處理，才可以有效確保離心壓縮機組的應(yīng)用效果，滿足其實際應(yīng)用需求。

2 離心壓縮機組主要振動故障機理分析

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障機理

由于離心壓縮機組屬于旋轉(zhuǎn)型機械設(shè)備，所以在此類機組的運行過程中，如果出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象，便會引發(fā)機組的振動故障。之所以會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，其主要機理包括以下幾個方面：第一，如果離心壓縮機組轉(zhuǎn)子的材質(zhì)及其生產(chǎn)工藝不佳，便會使其自身存在不平衡問題，進(jìn)而引發(fā)振動故障。第二，在離心壓縮機組的具體運行中，如果因物料不均勻而出現(xiàn)了結(jié)垢現(xiàn)象，或者是葉輪出現(xiàn)了磨損問題，也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，進(jìn)而引發(fā)振動故障。第三，如果離心壓縮機組中的零部件出現(xiàn)了損傷性脫落問題，或者是有異物從外部進(jìn)入到了壓縮機內(nèi)部，便會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，并進(jìn)一步引發(fā)振動故障[2]。

2.2 轉(zhuǎn)子不對中故障機理

在離心壓縮機組的具體應(yīng)用中，因轉(zhuǎn)子不對中所引發(fā)的振動故障比較常見。之所以會出現(xiàn)這樣的情況，其主要原因在轉(zhuǎn)子的設(shè)計、安裝及其檢修方面。如果轉(zhuǎn)子的設(shè)計和安裝效果不佳，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置偏離中心，便很容易出現(xiàn)對中故障。但是在離心壓縮機組的實際應(yīng)用中，如果壓縮機負(fù)載過大，或者是技術(shù)人員操作不當(dāng)，也都可能讓離心壓縮機組的轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)一定程度的偏移，進(jìn)而導(dǎo)致不對中故障產(chǎn)生。

2.3 喘振故障機理

在離心壓縮機組的工作過程中，喘振故障不僅十分常見，且十分嚴(yán)重。該故障的主要成因是離心壓縮機組旋轉(zhuǎn)失速情況未得到有效控制，經(jīng)進(jìn)一步的發(fā)展，便導(dǎo)致了喘振故障。在離心壓縮機組的具體運行中，隨著負(fù)荷的逐漸降低，當(dāng)進(jìn)氣流量逐漸達(dá)到設(shè)計邊界時，受到壓縮的氣體將會從擴壓器或者是葉輪中脫離出來，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊損失。這樣的情況不僅會降低離心壓縮機組的運行效率，同時也會使其管網(wǎng)內(nèi)的氣流在壓力影響下出現(xiàn)回流現(xiàn)象，進(jìn)而使離心壓縮機組和管道出現(xiàn)劇烈振動。另外，管網(wǎng)系統(tǒng)自身容積也會對離心壓縮機組的喘振頻率和振幅造成直接影響，容積越大，管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部氣體越多，積聚的能量也越高，這樣就會產(chǎn)生越大的振幅;但是此種情況也會在一定程度上降低離心壓縮機組和管道喘振頻率。

3 離心壓縮機組主要振動故障辨識分析

3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障辨識

在對轉(zhuǎn)子不平衡所引起的離心壓縮機組振動故障進(jìn)行判斷時，運維人員可通過振動頻譜和時域波形圖的方式來進(jìn)行故障辨識。根據(jù)此類故障的成因分析可知，若轉(zhuǎn)子自身質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一周，其離心力便會出現(xiàn)一次響應(yīng)，也就是振動頻率和轉(zhuǎn)子基頻一致，即振動頻率和轉(zhuǎn)動頻率相等。因此，在對此類故障進(jìn)行辨識的過程中，基頻成分幅值可用作轉(zhuǎn)子不平衡故障的重要判斷依據(jù)。

3.2 轉(zhuǎn)子不對中故障辨識

在對轉(zhuǎn)子不對中所導(dǎo)致的離心壓縮機組振動故障進(jìn)行判斷時，其主要的辨識方法包括以下幾點：第一，可通過振動趨勢進(jìn)行識別，如果是由于轉(zhuǎn)子不對中所導(dǎo)致的振動故障，隨著轉(zhuǎn)子負(fù)荷的加大，其振幅也會逐漸上升。第二，離心壓縮機組自身的振動頻率大約在轉(zhuǎn)子頻率的二倍左右。第三，在此類故障產(chǎn)生之后，軸承中心高度相對較低的位置將會被架空，進(jìn)而降低其油膜的穩(wěn)定性，因此相較中心高度較高的位置，軸承振動也會更大。

3.3 喘振故障辨識

對于離心壓縮機組運行中出現(xiàn)的喘振故障，其主要辨識方法包括以下幾種：第一，喘振故障具有較低的震動頻率，通常在1～30 Hz之間[3]。第二，在喘振故障發(fā)生時，排氣端壓力以及進(jìn)氣端流量會出現(xiàn)周期性較大的脈動。第三，管道內(nèi)發(fā)出的噪音會加劇，且呈現(xiàn)出忽高忽低的現(xiàn)象。第四，在喘振過程中，離心壓縮機組殼體和軸承位置的振幅會顯著增加，且變化特征呈周期性。相比較其他形式的振動故障而言，在喘振故障發(fā)生后，軸向振動情況會更加顯著，軸位移情況也會顯著增加，產(chǎn)生的推力會加大軸承荷載。

4 離心壓縮機組振動故障處理策略分析

4.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障處理

對于此類問題，如果是由于轉(zhuǎn)子自身材質(zhì)或工藝問題，則需要進(jìn)一步進(jìn)行壓縮機組的合理設(shè)計，將高性能材料用作轉(zhuǎn)子制作材料，并使其加工工藝誤差得到良好控制，這樣便可有效解決轉(zhuǎn)子自身的不平衡問題。對于腐蝕和結(jié)垢導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子不平衡故障，可在轉(zhuǎn)子設(shè)計中合理應(yīng)用一些具有減緩腐蝕或結(jié)垢的措施，比如通過涂層法來防治腐蝕、結(jié)垢問題，以此來保障壓縮機轉(zhuǎn)子應(yīng)用質(zhì)量，避免轉(zhuǎn)子不平衡故障產(chǎn)生。這些方法對于離心壓縮機組振動故障的避免都具有很好的應(yīng)用效果。

4.2 轉(zhuǎn)子不對中故障處理

在離心壓縮機組的具體設(shè)計、制造及其應(yīng)用中，為實現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對中故障的有效避免，以此來防止此類故障所引發(fā)的振動，生產(chǎn)制造企業(yè)就需要對轉(zhuǎn)子的設(shè)計及其安裝做到足夠重視。在此過程中，可通過一些措施來實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的精確對中。比如，可借助于定位凸臺來進(jìn)行設(shè)計。而在離心壓縮機組的安裝中，技術(shù)人員更應(yīng)該嚴(yán)格按照生產(chǎn)制造商所提供的安裝標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行安裝，做好冷態(tài)和熱態(tài)數(shù)據(jù)的嚴(yán)格檢查與校核，并使其基礎(chǔ)沉降狀態(tài)保持合理[4]。在離心壓縮機組的應(yīng)用過程中，技術(shù)和運維人員一定要對其軸承油膜壓力變化情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)油膜壓力突然上升，則說明軸徑外表面和下半軸承體內(nèi)表面的間隙已經(jīng)在逐漸減小;如果發(fā)現(xiàn)油膜壓力呈現(xiàn)出下降趨勢，則說明軸徑外表面和下半軸承體內(nèi)表面的間隙已經(jīng)在逐漸擴大。對于這些問題，技術(shù)與運維人員一定要檢查壓縮機組是不是產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子不對中問題，并根據(jù)實際情況，采取合理的措施來進(jìn)行對中處理。通過這樣的方式，才可以有效避免因轉(zhuǎn)子不對中而導(dǎo)致的離心壓縮機組振動故障。

4.3 喘振故障處理

在離心壓縮機組出現(xiàn)了喘振故障之后，如果不能及時使其得到有效控制，引發(fā)的后果可能會非常嚴(yán)重，在交變應(yīng)力的影響下，離心壓縮機組中的轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)斷裂情況;如果喘振現(xiàn)象十分強烈，在喘振過程中，軸承和密封都可能會被損壞，進(jìn)而造成非常嚴(yán)重的安全事故。因此，在離心壓縮機組的具體設(shè)計、制造與應(yīng)用過程中，相關(guān)企業(yè)和工作人員一定要對此項故障做到足夠重視，并通過以下的措施來做好此類故障的防控：第一，在對離心壓縮機組進(jìn)行設(shè)計的過程中，一定要使其操作穩(wěn)定范圍加寬[5];第二，在離心壓縮機組中，應(yīng)做好防喘振回路旁路等的設(shè)置，以此來實現(xiàn)喘振故障的有效防控;第三，對于離心壓縮機組，需要在其性能曲線上做好充足的裕度保留，以此來實現(xiàn)喘振預(yù)防控制線的設(shè)置。

在離心壓縮機組的具體應(yīng)用中，如果出現(xiàn)了喘振故障，操作人員不可立刻停車，而是應(yīng)該立刻打開喘振預(yù)防控制閥，讓入口流量可以在短時間之內(nèi)迅速升高，以此來快速消除喘振現(xiàn)象。就目前的離心壓縮機組來看，自動化以及智能化技術(shù)已經(jīng)在其中得到了廣泛應(yīng)用，而借助于自動化與智能化控制技術(shù)，便可實現(xiàn)離心壓縮機組喘振故障的及時有效控制。在該故障得到控制之后，運維技術(shù)人員需要對其喘振故障的原因進(jìn)行科學(xué)分析，然后根據(jù)具體原因和實際情況，采取合理的措施來解決喘振問題。但是若在應(yīng)用中反復(fù)多次出現(xiàn)了喘振故障，操作人員就需要停車對其進(jìn)行檢查，以此來確保喘振故障的及時消除。

5 離心壓縮機組振動故障防控措施分析

5.1 做好設(shè)計與加工質(zhì)量控制

為了讓離心壓縮機組運行中的振動故障得到良好防控，在對此類設(shè)備進(jìn)行設(shè)計時，設(shè)計者一定要確保其結(jié)構(gòu)的合理性和簡潔性，這樣便可實現(xiàn)振動故障的有效降低。對于關(guān)鍵的零件，設(shè)計者一定要在充分的理論分析基礎(chǔ)上通過數(shù)字化三維仿真軟件進(jìn)行模擬，以此來確保設(shè)計余量的充足。同時，由于壓縮機自身的精密程度很高，其公差需要得到嚴(yán)格控制，所以在對此類設(shè)備進(jìn)行加工時，技術(shù)人員一定要注意確保零件的加工精度，并做好各個零部件裝配質(zhì)量的保障。

5.2 定期檢修

在離心壓縮機組的具體應(yīng)用中，相關(guān)企業(yè)和運維人員一定要定期對其進(jìn)行檢修。通常情況下，運維人員不僅需要對離心壓縮機組的具體情況進(jìn)行評估和判斷，同時也需要對其工作環(huán)境進(jìn)行科學(xué)評估，然后以此為依據(jù)，合理制定離心壓縮機組的間隙周期。同時，運維人員還需要將離心壓縮機組的實際運行情況作為依據(jù)，定期對其進(jìn)行保養(yǎng)。經(jīng)相關(guān)調(diào)查和試驗發(fā)現(xiàn)，在離心壓縮機組運行了一段時間后，其中的一部分構(gòu)件會逐漸老化，如果不及時進(jìn)行維修或更換處理，容易對其運行質(zhì)量和運行安全造成威脅[6]。基于此，運維人員一定要對離心壓縮機組中的零部件進(jìn)行定期檢修，這樣才可以確保其運行效果，避免振動故障的產(chǎn)生。

5.3 及時更換磨損部件

在離心壓縮機組中，很多部件都容易被磨損，比如軸承、密封、軸套、葉輪等，如果這些部件的磨損不能被及時發(fā)現(xiàn)，便很可能引發(fā)振動和其他故障。因此，在對離心壓縮機組進(jìn)行振動故障防控的過程中，運維人員一定要定期對容易磨損的部件進(jìn)行更換，尤其是對于即將到達(dá)使用周期的部件，一定要及時做好更換處理。在此過程中，相關(guān)企業(yè)和運維人員也需要充分了解通過新型材料生產(chǎn)的部件，并將其用來替代傳統(tǒng)的易磨損部件，以此來延長更換周期，有效降低部件磨損情況的發(fā)生。

5.4 做好信息化維護

在當(dāng)今的信息化時代中，所有的設(shè)備都可以通過信息化的方式來進(jìn)行監(jiān)控。因此，在對離心壓縮機組進(jìn)行振動故障的防控過程中，相關(guān)企業(yè)也可以通過信息化的方式來維護。在此過程中，企業(yè)與技術(shù)人員可將PLC作為基礎(chǔ)，設(shè)計和開發(fā)一個自動化、智能化的離心壓縮機組運行監(jiān)控系統(tǒng)，通過相應(yīng)的傳感器來進(jìn)行離心壓縮機組中各個部件運行參數(shù)的采集，并將其與預(yù)先設(shè)置在PLC自動化控制系統(tǒng)中的原始運行數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。若發(fā)現(xiàn)了離心壓縮機組中部件的運行參數(shù)異常，PLC會便會及時發(fā)出相應(yīng)的異常報警，并將相應(yīng)的控制指令及時下達(dá)到執(zhí)行機構(gòu)中;對于自動化監(jiān)控系統(tǒng)無法消除的振動故障，系統(tǒng)會立即將異常報警發(fā)送給運維技術(shù)人員，使其明確異?，F(xiàn)象及其出現(xiàn)的位置，并為其提供科學(xué)的維修參考方案。通過這樣的方式，不僅可以保障離心壓縮機組的運行效果，最大限度防止振動故障對其運行質(zhì)量與安全的不良影響，及時消除離心壓縮機組的振動故障和其他故障，并實現(xiàn)運維技術(shù)人員工作效率的提高與工作強度的降低。

6 結(jié)論

綜上所述，離心壓縮機組在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域中具有非常好的應(yīng)用價值。但是在此類機械設(shè)備的具體應(yīng)用中，一旦出現(xiàn)了振動故障，便會對其運行效果產(chǎn)生很大程度的不良影響，輕則影響其工作質(zhì)量，造成離心壓縮機組中的部件損壞，重則將會引發(fā)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故，為企業(yè)帶來重大經(jīng)濟損失甚至人員傷亡?；诖?，在對離心壓縮機組進(jìn)行設(shè)計、制造和應(yīng)用的過程中，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員都應(yīng)該加強對振動故障的分析，包括主要振動故障的形成機理、識別策略等，以此為依據(jù)，對離心壓縮機組的振動故障進(jìn)行科學(xué)處理。同時，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員也應(yīng)該重視離心壓縮機組生產(chǎn)、制造及其應(yīng)用中的振動故障防治措施，并使其得以合理應(yīng)用。通過這樣的方式，才可以有效消除離心壓縮機組的振動故障，確保其安全穩(wěn)定運行，進(jìn)而為離心壓縮機組的良好應(yīng)用以及相關(guān)企業(yè)的發(fā)展奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

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