簡析離心壓縮機(jī)振動(dòng)的分析和對(duì)策

【摘 要】隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)企業(yè)競爭越來越激烈，企業(yè)的發(fā)展中非常重要的一個(gè)部分是離心壓縮機(jī)的振動(dòng)，其直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質(zhì)量，因此進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)離心壓縮機(jī)振動(dòng)的研究非常有必要，從而降低壓縮機(jī)的振動(dòng)幅度，進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)的快速發(fā)展，基于此本文分析了離心壓縮機(jī)振動(dòng)的分析和對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】離心壓縮機(jī)；振動(dòng)；原因；對(duì)策

1、離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)

離心式壓縮機(jī)屬于透平壓縮機(jī)機(jī)種之一，在以前，壓縮空氣只被用于中低氣壓和大氣量的環(huán)境中。目前，用于壓縮和化工生產(chǎn)各種氣體的運(yùn)輸，排氣壓力已經(jīng)比之前有了很大的提高。

1.1、離心式壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

在我國的實(shí)際生產(chǎn)中離心式壓縮機(jī)得到了廣泛應(yīng)用，主要原因是由于它有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、占地面積小相對(duì)于相同流量的活塞壓縮機(jī)的體積，離心壓縮機(jī)的重量與占地面積比它要小得很多，正常情況下為活塞壓縮機(jī)占地的10%左右。

（2）運(yùn)輸比較方便、安全、可靠由于體積小，占地面積小，交通運(yùn)輸比較方便。

（3）轉(zhuǎn)速高綜合利用能源好正常的離心式壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速為2000～5000rpm，一般被用在直接驅(qū)動(dòng)工業(yè)的汽輪機(jī)，這樣既簡化了機(jī)器的結(jié)構(gòu)，又能夠節(jié)約資源，還可以實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。

（4）流量大到目前為止，離心壓縮機(jī)的最高流量可達(dá)到360000h/Nm3，正因?yàn)槿绱?，它滿足了石油化工機(jī)器設(shè)備向大負(fù)荷機(jī)器方向發(fā)展的需要。

（5）結(jié)構(gòu)比較簡單，發(fā)生零件損害的情況比較少，方便工人的操作與維修，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的費(fèi)用也相對(duì)比較低。

1.2、存在的一些缺點(diǎn)

（1）單級(jí)壓比低正常的單級(jí)壓比≯1.5，排氣的壓力比為≯50Mpa。如高壓聚乙烯的生產(chǎn)工程，利用離心壓縮機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)就滿足不了實(shí)際需求，而只能用往復(fù)式壓縮機(jī)。

（2）不適合用在排氣量不太大的環(huán)境。

（3）熱能利用率低，一般情況下，等溫的效率只有60%～70%，然而往復(fù)壓縮機(jī)的效率就可以達(dá)到70%～80%左右。（4）離心壓縮機(jī)制造的費(fèi)用相對(duì)較高。

2、離心壓縮機(jī)的工作原理

要想深入地了解并研究離心壓縮機(jī)，就要對(duì)其工作的原理有足夠的了解，知道其來龍去脈，這會(huì)為接下來的研究帶來很大的方便。它主要是葉輪在氣體進(jìn)入之后，由于轉(zhuǎn)子的快速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)帶動(dòng)葉輪也做高速的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就相應(yīng)的帶動(dòng)了氣體旋轉(zhuǎn)做功，當(dāng)達(dá)到了所需要的壓力時(shí)，氣體就會(huì)通過排氣口被排出，這樣循序漸進(jìn)反復(fù)地對(duì)氣體做功，直到滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要此過程才會(huì)停止。

其實(shí)氣體的運(yùn)動(dòng)軌跡本身就是一種不規(guī)律的路徑，尤其是在離心式壓縮機(jī)中，則更是如此，因此它的熱動(dòng)力參數(shù)（壓力，溫度，比容，速度，內(nèi)能，動(dòng)能等）不一定是只沿著流動(dòng)通道的每個(gè)部分的類型不同。

參數(shù)在相同的橫截面，每個(gè)點(diǎn)也是不一樣的。從絕對(duì)坐標(biāo)平面上，在任何參數(shù)點(diǎn)所占用的空間都是會(huì)發(fā)生循序性的變動(dòng)，在機(jī)器實(shí)際的工作過程中，氣體的流動(dòng)基本上都是三元非定常流動(dòng)。

因此，根據(jù)這一特性，科研人員在設(shè)計(jì)葉輪的時(shí)候，一般都是采用三維流動(dòng)設(shè)計(jì)理論，這樣一來，它的實(shí)用性會(huì)相對(duì)比較高。然而，為了使問題變得簡單，我們虛構(gòu)一個(gè)問題：通過每一個(gè)點(diǎn)的相同部分中的流路中的轉(zhuǎn)動(dòng)或靜止不變的空氣流的熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)是一樣的，所述葉輪內(nèi)以穩(wěn)定的狀態(tài)中工作時(shí)，在點(diǎn)通道氣體參數(shù)的相對(duì)坐標(biāo)，它不會(huì)隨著時(shí)間而改變，這是一元定常流動(dòng)。

從離心式壓縮機(jī)的前面每個(gè)部分的描述中，我們對(duì)離心式壓縮機(jī)有了一定的了解，其基本原理可概括如下所示：從所述入口到所述離心壓縮機(jī)出口的氣體是不間斷的。氣體進(jìn)入壓縮機(jī)后，在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪的作用下不斷地被壓縮，得到的壓力能和動(dòng)能，通過葉輪通道、固定流道，然后絕大部分的動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)變成壓力能，經(jīng)過反復(fù)地做功直到達(dá)到要求才會(huì)停止。

3、引起離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的主要原因

1）轉(zhuǎn)子不對(duì)中問題的分析

轉(zhuǎn)子不對(duì)中主要是由于壓縮機(jī)在制造的過程中沒有完全按照壓縮機(jī)安裝標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，從而造成了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的不對(duì)中，并且在日常的使用過程中會(huì)因?yàn)槭褂谜叩牟僮鞑划?dāng)或是因?yàn)閴嚎s機(jī)荷載過大等原因讓壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子位置產(chǎn)生偏差，從而不能讓壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子完全對(duì)中。而且在壓縮機(jī)的導(dǎo)向系統(tǒng)中，如果不能很好地鎖緊，那么壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子也不能夠很好的對(duì)中。而轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類型主要分為三種，即平衡不對(duì)中，角度不對(duì)中以及角度不對(duì)中。在轉(zhuǎn)子不對(duì)中的特征方面，主要有以下幾點(diǎn)特征可以判定轉(zhuǎn)子是否不對(duì)中，如果壓縮機(jī)振動(dòng)的頻率是轉(zhuǎn)子工作中頻率2倍左右的話，那么可以判定壓縮機(jī)振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中產(chǎn)生的。而如果激勵(lì)力幅是隨著不對(duì)中量的增大而增大，那么也可以判定振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中產(chǎn)生的。如果轉(zhuǎn)子的負(fù)荷增大壓縮機(jī)的振動(dòng)幅度也產(chǎn)生相應(yīng)的增大，那么壓縮機(jī)的振動(dòng)也是由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中產(chǎn)生的

2）渦動(dòng)現(xiàn)象引發(fā)離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障。油膜振蕩和喘振是由渦動(dòng)現(xiàn)象引發(fā)壓縮機(jī)振動(dòng)故障的兩種常見情況，前者是油膜渦動(dòng)引起，后者是由處理氣流渦動(dòng)引起。油膜振蕩主要是由油膜渦動(dòng)的油膜力引起的自激振動(dòng)，且一旦發(fā)生會(huì)使離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速持續(xù)提升，當(dāng)瞬時(shí)振幅突然升高帶動(dòng)局部油膜破裂時(shí)，會(huì)對(duì)軸承和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，損壞系統(tǒng)配件；喘振主要是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下降而出口壓力未下降或者壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力下降等造成入口管網(wǎng)阻力增大的因素引起壓縮機(jī)處理氣流量減小所造成的，當(dāng)處理氣流量突然減少時(shí)，會(huì)在壓縮機(jī)流道形成氣體渦動(dòng)，從而造成管網(wǎng)壓力高于出口壓力，而加之入口氣量受阻，所以會(huì)引發(fā)出口氣倒吸至壓縮機(jī)的現(xiàn)象，而當(dāng)?shù)沽骰貕嚎s機(jī)的入口氣使管網(wǎng)壓力降低時(shí)又會(huì)使整個(gè)流量被氣體旋渦區(qū)所占據(jù)，進(jìn)行形成壓力和流量周期性的脈動(dòng)，使壓縮機(jī)組產(chǎn)生劇烈振動(dòng)。

4、離心式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的防治及應(yīng)對(duì)措施

4.1、解決轉(zhuǎn)子不平衡問題的對(duì)策

對(duì)于轉(zhuǎn)子不平衡造成壓縮機(jī)振動(dòng)的情況，如果是因?yàn)檗D(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，可以采用改變轉(zhuǎn)子質(zhì)量的方法讓轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡，減輕壓縮機(jī)振動(dòng)情況。如果是由于轉(zhuǎn)子在生產(chǎn)時(shí)就產(chǎn)生了彎曲，那么需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行校準(zhǔn)，使其平衡。如果是轉(zhuǎn)子由于過熱產(chǎn)生的彎曲，可以采取低速盤車的方式來讓轉(zhuǎn)自平衡。而如果是轉(zhuǎn)子的部件脫落或是產(chǎn)生損壞，可以停下壓縮機(jī)對(duì)其進(jìn)行檢修。如果是轉(zhuǎn)子上因?yàn)榻Y(jié)垢的原因產(chǎn)生的不平衡需要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行清洗工作。

4.2、采取有效措施避免油膜渦動(dòng)和氣流渦動(dòng)危害發(fā)生

避免油膜渦動(dòng)產(chǎn)生油膜振蕩，首先要使離心壓縮機(jī)在長期持續(xù)運(yùn)行過程中避免在一階臨界轉(zhuǎn)速的兩倍附近運(yùn)轉(zhuǎn)，使之無法進(jìn)入油膜共振區(qū)；其次，通過增加軸瓦工作面上單位面積所承受的載荷來使油膜更趨于穩(wěn)定；再次，通過將軸瓦預(yù)負(fù)荷維持在正值以及減小軸承間隙，來增大偏心距，從而提升離心壓縮機(jī)油膜共振轉(zhuǎn)速區(qū)間，當(dāng)壓縮機(jī)正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速難以達(dá)到共振區(qū)間時(shí)便可以有效避免油膜振蕩的發(fā)生。為了防止氣流渦動(dòng)產(chǎn)生喘振通常情況下可以采取以下的方面進(jìn)行防治：

1）降低運(yùn)行速度，從而能夠大大降低出口壓力，使其不容易進(jìn)入喘振狀態(tài)。

2）在設(shè)出口旁路將多出的氣量重新返回機(jī)組處理氣入口，其防止避免喘振的原理主要是通過降低氣量的方法。

3）通過定期的對(duì)壓縮機(jī)氣體出入口進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)測儀表的工作狀態(tài)的檢查，從而使得喘振與報(bào)警聯(lián)鎖或與緊急停車聯(lián)動(dòng)的運(yùn)行得到一定的保障。

總之，保證離心壓縮機(jī)組的安全、平穩(wěn)可靠運(yùn)行，降低機(jī)組故障發(fā)生率及其帶來的事故風(fēng)險(xiǎn)，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)處理和輕烴上產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)目標(biāo)的重要工作。因此需要引起我們的重視，在生產(chǎn)運(yùn)行過程中準(zhǔn)確判斷引起振動(dòng)故障的因素，采取有效的防治措施，從而進(jìn)一步促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。

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