DHP45型離心壓縮機振動原因分析與改進

張 雷，劉啟福，李玉鵬，陳 巖

（沈陽鼓風機集團有限公司，遼寧 沈陽 110869）

離心空氣壓縮機，是我國根據(jù)引進自日本日立公司DH型壓縮機自行設(shè)計的離心壓縮機，廣泛應(yīng)用于冶煉、石油、化工等行業(yè)，是空分裝置生產(chǎn)線中的重要設(shè)備，由于該產(chǎn)品在試制過程中曾多次出現(xiàn)振動過大的現(xiàn)象，因此需要分析其振動產(chǎn)生的原因，并加以改進［1，2］.

1 離心空氣壓縮機的主機結(jié)構(gòu)

離心空氣壓縮機機組主要是由齒輪箱體：大齒輪和2個小齒輪，一、二級葉輪為低速轉(zhuǎn)子（L軸轉(zhuǎn)子），三、四級葉輪為高速轉(zhuǎn)子（H軸轉(zhuǎn)子），4個蝸殼，6個軸承及密封等構(gòu)成.由電機驅(qū)動通過聯(lián)軸器帶動大齒輪，并由大齒輪傳動其兩側(cè)的低速軸齒輪和高速軸齒輪轉(zhuǎn)動，使葉輪轉(zhuǎn)動對氣體做功，見圖1.

2 振動狀況分析及處理

2.1 主要零部件的相關(guān)參數(shù)

大齒輪轉(zhuǎn)速為nG＝1 500r·min－1，L軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nL＝13 559r·min－1，H軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nH＝16 688r·min－1；L軸間隙為0.15～0.20mm，L軸直徑為100mm，H軸間隙為0.135～0.180mm，H軸直徑為90mm.振幅要求：L軸振幅≤25.4μm，H軸振幅≤23μm.

圖1 DHP45型離心壓縮機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Type DHP45centrifugal compressor rotor structure diagram

2.2 振動監(jiān)測

壓縮機啟動以后隨著轉(zhuǎn)速的上升，L軸轉(zhuǎn)子、H軸轉(zhuǎn)子振幅急劇加大，達到額定轉(zhuǎn)速后各軸振幅及軸承溫度、進油溫度如表1所示.

經(jīng)過30min機械運轉(zhuǎn)試驗，進油溫度及各軸承溫度均屬正常狀態(tài)，符合標準值，各軸振幅嚴重超標，見圖2.

表1 各軸初始振幅值及軸承溫度、進油溫度Tab.1 Initial amplitude value of shaft and bearing temperature，the oil inlet temperature

圖2 修復(fù)前二級轉(zhuǎn)子振動趨勢圖Fig.2 Before repair the two stage rotor vibration trend graph

2.3 振動原因分析

離心空氣壓縮機的轉(zhuǎn)子軸頸表面的線速度很高而載荷較小，油膜壓力大于軸頸載荷，容易引起油膜渦動.在正常情況下，油膜渦動受到油膜剛度及阻尼的抑制，使得轉(zhuǎn)子仍能平穩(wěn)工作.當渦動頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速一致（軸頸轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍附近）時，轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)會發(fā)生油膜振蕩；而當轉(zhuǎn)子受到諸如不平衡、氣流不穩(wěn)定等較大的激振力時，油膜渦動幅度增大，會造成軸瓦碰摩等破壞性故障.只有消除渦動或改變臨界轉(zhuǎn)速，才能使機組正常運轉(zhuǎn).通過改變軸承間隙或軸承結(jié)構(gòu)消除渦動.通過增強或降低機組的剛性才能使機組的臨界轉(zhuǎn)速與機組的工作轉(zhuǎn)速分離［3－4］.

3 解決方法

具體解決可以有如下辦法：①轉(zhuǎn)子加長或縮短，以使軸承跨距加大或縮短；②改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量；③改變軸承的間隙或結(jié)構(gòu).因壓縮機已制成，轉(zhuǎn)子的大小及質(zhì)量固定，只能通過改變軸承間隙與軸承結(jié)構(gòu)的辦法來解決油膜渦動現(xiàn)象與改變臨界轉(zhuǎn)速的影響［5］.

3.1 改變軸承的間隙

首先改變軸承的間隙：改變軸承間隙后，對L軸轉(zhuǎn)子作用不大，而對H軸轉(zhuǎn)子的振幅也只是略有改變，收效甚微.

3.2 采用改變軸承結(jié)構(gòu)

原壓縮機六副軸承均采用橢圓瓦軸承，軸瓦是由上下2個圓弧組成的，其曲率半徑大于圓柱瓦，軸頸始終處于瓦的偏心狀態(tài)下工作，軸頸受到上下2個約束力的制約.

根據(jù)機組不平穩(wěn)運行的狀態(tài)，決定采用可傾瓦軸承.可傾瓦軸瓦是由多塊活動瓦塊組成（以5塊瓦居多），每塊瓦塊有1個使瓦塊自由擺動的支點，瓦塊按載荷方向自動調(diào)整，使瓦塊上的油膜力通過軸頸中心.由于瓦塊具有這個特殊功能，因此當轉(zhuǎn)子受到外界激勵因素干擾時，軸頸暫時偏離原來位置，各瓦塊將按軸頸偏移后載荷方向自動調(diào)整到與外載荷相平衡的角度.其次，軸承由幾個獨立的瓦塊組成，油膜不連續(xù)，因此大幅度渦動的可能性也就比較小.鑒于這種軸承的特點，所以用可傾瓦結(jié)構(gòu)軸承替代原橢圓瓦軸承.

通過實踐試驗消除了油膜渦動，經(jīng)過4h的機械運轉(zhuǎn)，軸承溫升正常，而振幅明顯有很大的改變，改進后的振動測試結(jié)果如表2和圖3所示.

表2 改進后各軸振幅值及軸承溫度、進油溫度Tab.2 After improved the shaft amplitude and bearing temperature，the oil inlet temperature

圖3 改進后二組轉(zhuǎn)子振動趨勢圖Fig 3 Modified two groups of rotor vibration trend graph

4 結(jié)論

（1）離心空氣壓縮機改造后，經(jīng)過連續(xù)的負荷調(diào)整試驗，振動值一直在要求指標以內(nèi)，機組運行穩(wěn)定.

（2）通過對離心空氣壓縮機振動異常處理的分析和實踐，可以得出結(jié)論：橢圓瓦軸承油膜渦動是振動異常的原因.

（3）對于使用橢圓瓦軸承的機組要改為可傾瓦軸承，以增加油膜穩(wěn)定性.

［1］高金吉.旋轉(zhuǎn)機械振動故障原因及識別特征研究［J］.振動測試與診斷，1995，3（15）：1－7.

GAO Jinji.Approach to mechanical vibration faults and distinctive symptoms in rotating machinery［J］.Journal of Vibration，Measurement ＆ Diagnosis，1995，3（15）：1－7.

［2］劉萬生.空氣壓縮機的振動監(jiān)測與故障診斷［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2002，23（6）：56－58.

LIU Wansheng.Vibration monitoring and failure diagnosis for air compressor［J］.Petro-chemical Equipment Technology，2002，23（6）：56－58.

［3］崔秀英，楊大軍.多轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機組振動頻譜特征［J］.大連理工大學(xué)學(xué)報，1996，36（3）：208－211.

CUI Xiuying，YANG Dajun.Spectrum analysis of vibrations on rotary machine sets with more rotors［J］.Journal of Dalian University of Technology，1996，36（3）：208－211.

［4］康斌.4L－20/8空氣壓縮機振動測試分析［J］.應(yīng)用能源技術(shù)，2003（3）：14－16.

KANG Bin.The 4L－20/8type air compressor vibration testing analysis［J］.Applied Energy Technology，2003（3）：14－16.

［5］王輝.DH 型離心壓縮機振動監(jiān)測及故障診斷分析［J］.流體機械，2004（11）：32－35.

WANG Hui.Analysis on libration supervision and failure estimation for DH type abaxial compressor［J］.Fluid Machinery，2004（11）：32－35.