離心式壓縮機組振動原因分析及處理

莫才頌，林榮雄

(1. 廣東石油化工學院 機電工程學院，廣東 茂名 525000；2. 茂名西南石化工程建設有限責任公司，廣東 茂名 525000)

1 壓縮機結構及技術參數(shù)

5TYD160型空氣壓縮機為單軸、五級四次中間冷卻離心式壓縮機，水平剖分缸體，方形鑄造外層隔板和方形焊接內(nèi)層隔板。水平剖分的軸承箱、向下開口的進排氣凸緣及4個支腿與下缸體為一體鑄造。兩端軸承箱外設有1個橫向立銷，缸體高壓端支腿上各設有1個軸向定位橫銷，轉子為五級閉式焊接葉輪，級間、軸端和平衡盤處為水平剖分的鑄鋁迷宮密封，軸承為強制潤滑的水平剖分可傾瓦徑向軸承和米契爾式的止推軸承，整機為四級中間冷卻，八組翹片立式空氣冷卻器安裝于機體內(nèi)，壓縮機與增速機間采用撓性聯(lián)軸節(jié)。該機主要技術性能參數(shù)見表1。

表1 5TYD160壓縮機主要技術參數(shù)

在空氣壓縮機的運行狀況指標中，轉子的振動是極為重要的指標。對多年運行記錄的研究表明，空氣壓縮機不能正常運行，絕大多數(shù)是因為振動所致。

2 故障與分析

2.1 壓縮機組運行故障

該壓縮機機組由電動機驅(qū)動，機組布置如圖1所示。

圖1 機組布置簡圖

機組經(jīng)長期運行后，壓縮機兩側軸承處振動越來越大，軸瓦溫度也逐漸升高(前軸瓦溫度達63 ℃，后軸瓦溫度達59 ℃)。根據(jù)振動發(fā)生的部位，主要測試壓縮機兩側的軸承,測試結果見表2。

表2 壓縮機軸承振動數(shù)據(jù)

2.2 故障原因分析

裝配或加工質(zhì)量，磨損，氣蝕，各緊固件及連接件的松動，安裝質(zhì)量等因素都會引起機組的振動。通過對機組停車前的運行狀況分析以及壓縮機解體后各零部件的數(shù)據(jù)檢測，結果顯示，壓縮機轉子運行一段時間后振動逐漸增大，壓縮機兩側軸承的振動值已嚴重超標。

根據(jù)空氣壓縮機的結構特點，結合其實際工況，分析認為引起空氣壓縮機振動的原因有以下幾個方面。

2.2.1 對中不良

不對中將產(chǎn)生軸向、徑向交變力，從而引起軸向振動和徑向振動，振動頻率與幅值將隨著不對中的嚴重程度而變化。不對中的原因除了設計計算偏差、安裝找正誤差外，運行中許多因素也會產(chǎn)生新的不對中，如機組超負荷運行，環(huán)境溫度的變化，地腳螺栓的松動[1-2]等。機組不對中的類型主要有以下幾種：(1)軸線平行位移，稱為平行不對中；(2)軸線交叉成一角度，稱為角度不對中；(3)軸線位移且交叉，稱為綜合不對中。

壓縮機機組對中要求采用雙表找正法。壓縮機與增速聯(lián)軸節(jié)端距離為525 mm，對輪直徑為300 mm，兩聯(lián)軸節(jié)間距離較長，對輪直徑較大，適應于雙表找正。由于壓縮機與增速機的工作溫度不同，壓縮機的軸中心比增速機的軸中心高，但由于壓縮機由增速機驅(qū)動，增速機的軸中心又向左偏離壓縮機的軸中心，所以在冷態(tài)下是不同心的一條直線；當機組運行達到正常工作溫度時，對中狀態(tài)就成為一條理想直線。機組找正表讀數(shù)如圖2所示。

圖2 增速機-壓縮機找正表讀數(shù)

從圖3找正(解體前復查)結果分析可知，對中數(shù)據(jù)超標，與機組要求找正軸線對比，壓縮機軸線偏離增速機軸線，將引起機組振動。

圖3 機組解體前復查對中數(shù)據(jù)

2.2.2 轉子不平衡

轉子不平衡是引起機組振動的主要原因，由于壓縮機轉子額定轉速為7 923 r/min,所以轉子不平衡對機組振動的影響特別關鍵。由于離心力與速度的平方成正比，雖然轉子進行過高速動平衡，但由于對中不良，相當于對轉子加了一個不平衡載荷，因此也表現(xiàn)出不平衡的特征[3]。機組經(jīng)長時間運行后壓縮機前幾級葉輪出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，轉子氣蝕及磨損等將引起轉子的不平衡，進而導致機組軸承振動。

2.2.3 軸瓦的影響

經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)，由于壓縮機對中的偏差引起滑動軸承表面與軸頸頻繁接觸，導致金屬表面磨損，軸承間隙逐漸變大。當磨損量超過最大間隙時，潤滑油不能保持，液體潤滑被破壞，難以形成潤滑油膜，嚴重時引起多種故障，如疲勞、表面損壞與巴氏合金脫落等[4-5]。通常壓縮機徑向軸承為五油楔可傾瓦軸承，間隙要求為0.16～0.23 mm，而本例中壓縮機軸瓦實測間隙前軸承為0.36 mm，后軸承為0.33 mm，大大超出規(guī)定的軸瓦間隙值，間隙過大引起機組振動。

2.2.4 軸承瓦背無過盈量

壓縮機在高速旋轉時，機組在轉子不平衡力的作用下，工作狀態(tài)發(fā)生明顯變化，極有可能由于軸瓦過盈量不足導致振動。經(jīng)檢查，壓縮機兩軸承瓦背過盈量為0.005 mm，推斷為軸承座本身過盈量太小，引起連接螺栓松動所致。振動增大造成軸瓦蓋緊固螺栓更加松動，由此形成惡性循環(huán)，最后導致壓縮機兩軸承松動，失去預緊力，使軸承在軸承座內(nèi)發(fā)生軸向移動，引起軸承振動[6-7]。

3 采取的措施及效果

3.1 采取的措施

針對機組振動的原因，在檢修中實施的措施為：

(1)重新調(diào)整機組對中，使其達到規(guī)定的要求；

(2)對于嚴重氣蝕和結垢的轉子，應拆下并清除污垢，并將轉子送回生產(chǎn)廠家處理，重新做動平衡；

(3)由于軸瓦間隙超過了規(guī)定間隙值，所以更換軸瓦，更換后前軸瓦間隙為0.18 mm，后軸瓦間隙為0.20 mm，在要求的間隙范圍內(nèi)；

(4)對壓縮機前、后軸承的過盈量進行了調(diào)整，調(diào)整后前軸承過盈量為0.04 mm，后軸承過盈量為0.03 mm。

3.2 效果

通過實施改進措施，機組試車后運行正常，振動減小，軸承溫度也符合要求，具體數(shù)據(jù)見表3。由表3可知，采取的處理措施是科學合理的，可有效降低設備能耗，延長維修周期，提高效益。

表3 軸承振動和溫度實測數(shù)據(jù)