離心式壓縮機(jī)四級振動原因分析

孟令權(quán)

(洛陽三隆安裝檢修有限公司,河南 洛陽 471012)

0 前言

離心式壓縮機(jī)是石油化工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,是保證工藝系統(tǒng)下游裝置長周期穩(wěn)定安全運行的基礎(chǔ),因此壓縮機(jī)的正常運行對工藝系統(tǒng)非常重要。在離心式壓縮機(jī)的實際運行中,影響最大的是振動問題。某生產(chǎn)裝置使用空氣壓縮機(jī)機(jī)組,四級葉輪出現(xiàn)裂紋,在更換國產(chǎn)四級葉輪后,開機(jī)過程多次出現(xiàn)振動高聯(lián)鎖停機(jī)無法啟動問題,對可能的原因進(jìn)行分析,避免在葉輪生產(chǎn)中出現(xiàn)同類問題。

某煉廠生產(chǎn)裝置空壓機(jī)組是由德國GHH公司生產(chǎn),用于裝置反應(yīng)器所需的壓縮風(fēng),介質(zhì)為空氣,結(jié)構(gòu)為多軸離心壓縮機(jī),由電機(jī)驅(qū)動,并配有膨脹機(jī)用作回收廢氣輔助驅(qū)動,為四級壓縮兩級膨脹。各級齒輪軸振動報警值見表1。

表1 各級齒輪軸振動報警值

設(shè)備檢修情況：①2015年10月大修,更換Ⅲ-HP級軸,運行正常,四級振動波動,更換聯(lián)軸器;更換Ⅲ-HP級軸。②2016年5月小修,四級導(dǎo)葉連桿斷裂,更換斷裂連桿,四級振動間歇性波動。③2017年6月大修,四級葉輪缺陷,各級氣封更換,新葉輪更換后振動高聯(lián)鎖,恢復(fù)舊葉輪。

1 原因分析

首先核實了機(jī)組軸瓦及潤滑油系統(tǒng),軸瓦未見磨損且間隙正常,油溫、油壓正常,排除了軸瓦及油溫、油壓異常影響油膜形成不利,進(jìn)而引起機(jī)組振動升高的可能性。經(jīng)過分析,新四級葉輪無法投用的問題,可能由以下幾個方面造成。

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子由于受到材料質(zhì)量、加工技術(shù)以及工藝介質(zhì)等多方面因素的影響,其質(zhì)量中心不可避免地會偏移其幾何中心,導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)中形成周期性的離心力,其作用力就直接作用在軸承上而產(chǎn)生相應(yīng)的動載荷,進(jìn)而造成機(jī)組的振動。當(dāng)不平衡量超過允許范圍時,機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動便會加大乃至超過允許值,導(dǎo)致機(jī)組停車或者無法越過相應(yīng)臨界轉(zhuǎn)速。

除了設(shè)備設(shè)計及制造等問題,在設(shè)備運行中造成轉(zhuǎn)子不平衡的原因主要有：①葉輪積灰、沖刷腐蝕損失;②轉(zhuǎn)子平衡精度低;③轉(zhuǎn)子某些部件安裝尺寸有誤或部件松動脫落。結(jié)合該設(shè)備實際情況判斷,其中葉輪積灰和沖刷腐蝕損失是可能造成轉(zhuǎn)子不平衡的主要原因。

該機(jī)組對不平衡量的要求非常高,在更換新葉輪后,對該級葉輪及轉(zhuǎn)子都重新進(jìn)行了動平衡校驗,且動平衡精度達(dá)到了G0.6等級。根據(jù)檢驗報告的數(shù)值,動平衡校驗?zāi)軌驖M足設(shè)備需要,因此在開機(jī)過程中便出現(xiàn)振動大的問題,可排除由于葉輪不平衡原因造成。

1.2 葉輪端面齒尺寸精度不夠

端面齒結(jié)構(gòu)類似于法蘭盤聯(lián)接,但在端面增加了與軸呈90°配合的齒形結(jié)構(gòu)。在主軸端面和葉輪背面輪轂處,分別附有徑向齒輪,葉輪與主軸通過拉桿的軸向拉力裝配在一起,兩聯(lián)接部件通過兩對端面上的齒牙與齒槽相互嚙合來傳遞扭矩。

正常工況下,拉桿螺栓只受到軸向拉緊力作用,力矩的傳遞是通過多個交錯齒牙來實現(xiàn)。齒牙和齒槽受力非常均勻,避免局部應(yīng)力集中,同時兩個齒面間的嚙合也具有自動定心作用,防止兩個連接件因同軸度等的偏差帶來較大的偏擺。對于高速旋轉(zhuǎn)連接件非常關(guān)鍵,齒與齒的接觸面為面接觸,沒有點、線受力,具有更好的穩(wěn)定性。

在相同的軸向預(yù)緊力和扭矩的作用下,齒面的平均接觸應(yīng)力與端面齒的齒形角、齒數(shù)、齒厚、接觸長度等都有著密切的關(guān)系。因此,端面齒由于制造、設(shè)計等原因造成齒形主要參數(shù)不同,根據(jù)作用力與反作用力原理,則會造成兩齒面嚙合不良,受力不均勻,進(jìn)而造成在高速運轉(zhuǎn)下葉輪不平衡引發(fā)振動。

對于新加工的葉輪端面齒必須進(jìn)行端面齒強(qiáng)度及整體葉輪的強(qiáng)度校核,并對葉輪和主軸的端面齒檢查其嚙合接觸情況。因此在葉輪測繪設(shè)計加工過程中,新端面齒的加工精度與舊端面齒配合精度達(dá)不到要求,在高轉(zhuǎn)速下齒面接觸不良是造成該級振動大的原因之一。

1.3 葉輪與拉桿螺栓、鎖緊螺母配合精度不夠

葉輪與主軸的聯(lián)接方式采用拉桿聯(lián)接方式,主要通過拉桿螺栓把葉輪與主軸聯(lián)接成一個整體,靠拉桿的拉力使葉輪端面與軸端面緊密配合,該聯(lián)接的可靠程度直接關(guān)系到轉(zhuǎn)子運行。而影響其聯(lián)接可靠性的主要因素有拉桿螺栓的精度及拉伸壓力、鎖緊螺帽的精度。

1.3.1拉桿螺栓

拉桿螺栓除了要保證拉伸強(qiáng)度,還應(yīng)保證螺栓與主軸中心線的直線度、螺紋間的配合等尺寸精度。拉桿螺栓的拆卸和安裝均有相應(yīng)的施壓技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),壓力過大則會造成拉桿螺栓損壞,壓力不足會造成葉輪鎖緊力不夠,運行中葉輪松動引起振動。

該機(jī)組四級葉輪的拉桿螺栓經(jīng)過長時間的使用,每次檢修時均進(jìn)行探傷檢查,保證螺栓可靠;每次安裝前對葉輪根部、主軸螺紋、螺栓進(jìn)行詳細(xì)清洗,安裝與拆卸嚴(yán)格按照機(jī)組說明書要求逐級加壓,確保安裝壓力準(zhǔn)備,螺栓預(yù)緊力達(dá)到設(shè)計要求?？膳懦瓧U螺栓問題。

1.3.2鎖緊螺母

鎖緊螺母是葉輪與主軸聯(lián)接的最后直接受力點,同樣,除了保證強(qiáng)度要求外,對主要接觸及配合尺寸的精度要求也較高。

研究該螺母與葉輪的結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)：鎖緊螺母與葉輪在軸線垂直方向有兩個接觸面,由這兩個面與葉輪接觸面的平行度及兩個面自身的平行度,來保證作用在葉輪上拉緊力均勻,如果接觸面的平行度不夠,則會造成葉輪受到的拉緊力不均勻,進(jìn)而導(dǎo)致端面齒受到偏離軸線的作用力,造成應(yīng)力集中。

鎖緊螺母與葉輪端面凹槽有一處間隙配合,原葉輪與螺母之間的間隙為直徑0.18 mm,分析此處的作用,應(yīng)該是為葉輪的安裝在徑向方向起到輔助定位作用,而新葉輪在該處配合較舊的直徑大0.08 mm,可能造成端面齒在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速急劇升高過程中定心誤差增大,進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定,造成振動。

2 結(jié)論及建議

通過分析認(rèn)為測繪加工葉輪的新舊端面齒嚙合不良、新葉輪與鎖緊螺帽配合偏差大是葉輪無法投用的主要原因。該機(jī)組的四級葉輪存在缺陷,對機(jī)組的長周期運行是較大隱患,盡快更換新葉輪迫在眉睫。該分析對新葉輪的再加工有一定的借鑒意義,避免新測繪加工葉輪出現(xiàn)類似問題,確保葉輪更換順利完成。壓縮機(jī)作為裝置的關(guān)鍵重要設(shè)備,對設(shè)備配件加工質(zhì)量和配合精度要求高,尤其是進(jìn)口機(jī)組,對配件的測繪加工制造更需高度重視。