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)： TH452 　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

文章編號(hào)： 1006-8155 （ 2008 ） 03-0073-03

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�？辗盅b置為其它工藝工程裝置提供氧氣和氮?dú)�。而振�?dòng)是壓縮機(jī)的常見故障 [1-3] ，振動(dòng)過大會(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 48000Nm 3 /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，該機(jī)組沒有安裝振動(dòng)測試分析儀。該機(jī)組汽輪機(jī)功率為 39299kW ，空壓機(jī)流量為 246700Nm 3 /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 Nm 3 /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)測點(diǎn)數(shù)值在正常范圍之內(nèi)。機(jī)組測振元件采用美國本特利測振探頭，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)跟蹤記憶監(jiān)測。

　　該空壓機(jī)機(jī)組再次試運(yùn)，投入空分裝置，運(yùn)行大約 10h ，空壓機(jī)組中壓缸如圖 1 中測點(diǎn) 0013A/B 出現(xiàn)振動(dòng)，振動(dòng)值突然上升到 100 μ m ，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 150 μ m ，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)測畫面上顯示該測點(diǎn)數(shù)值始終為 150 μ m ，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)值及連鎖值

位置

位號(hào)

振動(dòng)值 / μ m

連鎖值 / μ m

增速機(jī)輸出側(cè)

0016A /B

10.2/9.2

91

中壓缸推力側(cè)

0013A /B

18.5/19.2

90

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)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)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�因引起的�?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(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 　結(jié)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 D 1 =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

　　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。

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]. 負(fù)壓風(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]. 負(fù)壓風(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]. 負(fù)壓風(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.

　由于葉輪積灰引起振動(dòng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。經(jīng)測，當(dāng)軸流器（即風(fēng)門）開度為35%～65%時(shí),浙江車間降溫，風(fēng)門、煙道振動(dòng)加劇。煙道振幅增大，引起葉輪嚴(yán)重不平衡，使負(fù)壓風(fēng)機(jī)不能正常運(yùn)行。振幅從原始6道增到50道以上，當(dāng)旋流器開度在35%～65%這一區(qū)域里，負(fù)壓風(fēng)機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。負(fù)壓風(fēng)機(jī)軸流器直徑大（2.8m），軸流器靠集流器（即進(jìn)風(fēng)口）很近，且正向朝著集流器。當(dāng)煙氣經(jīng)過軸流器時(shí)，很高的風(fēng)速（43M/sec）在煙道里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，增大了各部分的振幅，主要有以下二個(gè)原因：（1）軸流器、煙道的自振頻率與煙氣的脈動(dòng)頻率相耦合，產(chǎn)生共振現(xiàn)象；（2）軸流器緊靠著集流器，因?yàn)闅饬鞯乃俣群芨撸瑹煔庠陲L(fēng)道里旋轉(zhuǎn)的速度來不及減緩就到了集流器，直接進(jìn)入葉輪，由于蝸殼的特性，使葉輪各部所受的沖擊力不均勻，產(chǎn)生偏心力，導(dǎo)致葉輪失去了平衡，引起振動(dòng)。對(duì)于以上產(chǎn)生振動(dòng)的兩個(gè)因素，可以分別采用不同的方法來消除。（1）增加結(jié)構(gòu)的剛度以改變軸流器、煙道、集流器和機(jī)殼的自振頻率，使其逃開煙氣的脈動(dòng)頻率，以消除振動(dòng)。Y4-73-11NO250負(fù)壓風(fēng)機(jī)軸流器由12個(gè)葉片組成，每個(gè)葉片長1250mm，厚度為6mm，由于支點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，葉片本身剛度小，高氣流的沖擊使葉片產(chǎn)生脈動(dòng)迫使煙氣進(jìn)入葉輪形成撞擊現(xiàn)象，因此可在每個(gè)葉片上再焊上8mm厚的鋼板，軸流器的振幅可由原來的7道下降到3道，葉輪振幅由原來的大于50道下降為3道，葉輪振幅由原來的大于50道下降為35道。

　　通過實(shí)驗(yàn)，本文利用ICP—AES測定金屬鎂中Fe、Si、Cu、Al、Ni、Mn六個(gè)元素。在溴存在下用HCl+HNO3進(jìn)行分解試樣，以鎂基做工作曲線，以消除鎂基的干擾，該分析方法達(dá)到了產(chǎn)品分析要求。（2）本方法各元素測定結(jié)果的精密度好（除痕量的Ni外），相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)1.11～6.96%；同時(shí)準(zhǔn)確度也高。

負(fù)壓風(fēng)機(jī)的選型一般按下述步驟進(jìn)行:
　　1、計(jì)算確定隧道內(nèi)所需的通風(fēng)量;
　　2、計(jì)算所需總推力It
　　It=△P×At(N)
　　其中,At:隧道橫截面積(m2)
　　△ P:各項(xiàng)阻力之和(Pa);一般應(yīng)計(jì)及下列4項(xiàng):
　　1) 隧道進(jìn)風(fēng)口阻力與出風(fēng)口阻力;
　　2) 隧道表面摩擦阻力,懸吊負(fù)壓風(fēng)機(jī)裝置、支架及路標(biāo)等引起的阻力;
　　3) 交通阻力;
　　4) 隧道進(jìn)出口之間因溫度、氣壓、風(fēng)速不同而生的壓力差所產(chǎn)生的阻力.
　　3、確定負(fù)壓風(fēng)機(jī)布置的總體方案
　　根據(jù)隧道長度、所需總推力以及射流負(fù)壓風(fēng)機(jī)提供推力的范圍,初步確定在隧道總長上共布置m組負(fù)壓風(fēng)機(jī),每組n臺(tái),每臺(tái)負(fù)壓風(fēng)機(jī)的推力為T.
　　滿足m×n×T≥Tt的總推力要求,同時(shí)考慮下列限制條件:
　　1) n臺(tái)負(fù)壓風(fēng)機(jī)并列時(shí),其中心線橫向間距應(yīng)大于2倍負(fù)壓風(fēng)機(jī)直徑
　　2) m組(臺(tái))負(fù)壓風(fēng)機(jī)串列時(shí),縱向間距應(yīng)大于10倍隧道直徑
　　4、單臺(tái)負(fù)壓風(fēng)機(jī)參數(shù)的確定
　　射流負(fù)壓風(fēng)機(jī)的性能以其施加于氣流的推力來衡量,負(fù)壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的推力在理論上等于負(fù)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)出口氣流的動(dòng)量差(動(dòng)量等于氣流質(zhì)量流量與流速的乘積),在負(fù)壓風(fēng)機(jī)測試條件先,進(jìn)口氣流的動(dòng)量為零,所以可以計(jì)算出在測試條件下,負(fù)壓風(fēng)機(jī)的理論推力:
　　理論推力=p×Q×V=pQ2/A(N)
　　P:空氣密度(kg/m3)
　　Q:風(fēng)量(m3/s)
　　A:負(fù)壓風(fēng)機(jī)出口面積(m2)
　　試驗(yàn)臺(tái)架量測推力T1一般為理論推力的0.85-1.05倍.取決于流場分布與負(fù)壓風(fēng)機(jī)內(nèi)部及消聲器的結(jié)構(gòu).負(fù)壓風(fēng)機(jī)性能參數(shù)圖表中所給出的負(fù)壓風(fēng)機(jī)推力數(shù)據(jù)均以試驗(yàn)臺(tái)架量測推力為準(zhǔn),但量測推力還不等于負(fù)壓風(fēng)機(jī)裝在隧道內(nèi)所能產(chǎn)生的可用推力T,這是因?yàn)樨?fù)壓風(fēng)機(jī)吊裝在隧道中時(shí)會(huì)受到隧道中氣流速度產(chǎn)生的卸荷作用的影響(柯達(dá)恩效應(yīng)),可用推力減少.影響的程度可用系數(shù)K1和K2來表示和計(jì)算:
　　T=T1×K1×K2或T1=T(K1×K2)
　　其中T:安裝在隧道中的射流負(fù)壓風(fēng)機(jī)可用推力(N)
　　T1: 試驗(yàn)臺(tái)架量測推力(N)
　　K1:隧道中平均氣流速度以及負(fù)壓風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速對(duì)負(fù)壓風(fēng)機(jī)推力的影響系數(shù)
　　K2:負(fù)壓風(fēng)機(jī)軸流離隧道壁之間距離的影響系數(shù)
　　以下場合負(fù)壓風(fēng)機(jī)選型使用分析
　　倉庫通風(fēng)
　　首先，看倉儲(chǔ)貨品是否是易燃易爆貨品，如：油漆倉庫等，必須選擇防爆系列負(fù)壓風(fēng)機(jī)�！∑浯危�看噪聲要求高低，可以選擇屋頂負(fù)壓風(fēng)機(jī)或環(huán)保式離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)，(而且有款屋頂負(fù)壓風(fēng)機(jī)是風(fēng)力啟動(dòng)，更可以省電呢。
　　最后，看倉庫空氣所需換氣量的大小，可以選擇最常規(guī)的軸流負(fù)壓風(fēng)機(jī)SF型或通風(fēng)扇FA型。
　　廚房通風(fēng)
　　首先，對(duì)于室內(nèi)直排油煙的廚房(即通風(fēng)口在室內(nèi)墻上)，可以根據(jù)油煙大小選擇SF型軸流負(fù)壓風(fēng)機(jī)或FA型排氣風(fēng)扇。
　　其次，對(duì)于油煙大，且油煙需要經(jīng)由長管道，并管道里有打彎處理的廚房，強(qiáng)烈建議使用離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)(4-72離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)最為通用，11-62低噪聲環(huán)保型離心負(fù)壓風(fēng)機(jī)也很實(shí)用)，這是因?yàn)殡x心負(fù)壓風(fēng)機(jī)的壓力較軸流負(fù)壓風(fēng)機(jī)大，且油煙不經(jīng)過電機(jī)，對(duì)電機(jī)的保養(yǎng)和換洗更容易。　最后，建議油煙強(qiáng)烈的廚房選用以上兩種方案并用，效果更佳。
　　高檔場所通風(fēng)
　　對(duì)于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉OK廳等高檔場所通風(fēng)，就不適宜用常規(guī)負(fù)壓風(fēng)機(jī)了。
　　首先，對(duì)于小室的通風(fēng)，使通風(fēng)管道連接中央通風(fēng)管的房間，可以在兼顧外觀與噪聲基礎(chǔ)上，選擇FZY系列小型軸流負(fù)壓風(fēng)機(jī)，它體積小，塑料或鋁制外觀，低噪聲與高風(fēng)量并存。
　　其次，對(duì)風(fēng)量與噪聲要求更嚴(yán)格的角度說，負(fù)壓風(fēng)機(jī)箱是最好選擇。箱體內(nèi)部有消音棉，外接中央通風(fēng)管道后可以達(dá)到減噪的顯著效果。
　　最后，補(bǔ)充一下，對(duì)于健身房的室內(nèi)吹風(fēng)，務(wù)必選則大風(fēng)量的FS型工業(yè)電風(fēng)扇，而非SF型崗位式軸流負(fù)壓風(fēng)機(jī)。這是從外觀及安全性方面考慮。

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