金屬材料膨脹系數(shù)對(duì)壓縮機(jī)振動(dòng)的影響

郭 歡，李小東

沈陽(yáng)鼓風(fēng)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869

一臺(tái)MCL1105-2型壓縮機(jī)機(jī)組在并網(wǎng)試車(chē)安全運(yùn)轉(zhuǎn)3～5月后出現(xiàn)出口端的支撐軸承因瓦溫過(guò)高而報(bào)警停車(chē)。對(duì)軸承拆檢后發(fā)現(xiàn)支撐側(cè)軸承瓦塊烏金層研傷或燒壞脫落，對(duì)應(yīng)軸頸出現(xiàn)輕微毛刺。經(jīng)過(guò)分析，最后找到發(fā)生研瓦的原因。

一、溫度對(duì)氣體管路的影響

1.溫度對(duì)金屬材料應(yīng)力的影響

發(fā)生軸瓦研磨現(xiàn)象首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)靠近機(jī)組風(fēng)口的進(jìn)出口管路直線段進(jìn)行檢查，懷疑氣管存在殘余應(yīng)力，在溫度升高的情況下傳到機(jī)組機(jī)殼上，使軸承支撐變形。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)管路及法蘭的調(diào)整，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)管路有變形。

2.氣體溫度對(duì)管路的影響

在整個(gè)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，壓縮氣體會(huì)對(duì)管路造成沖擊，尤其是在管路彎道處、孔板、文丘里處最易出現(xiàn)波動(dòng)。但該機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)試車(chē)中沒(méi)有發(fā)生管路波動(dòng)現(xiàn)象。

3.溫度對(duì)管路的影響

機(jī)組進(jìn)、出氣管路因氣體溫度的升高可導(dǎo)致管路膨脹及產(chǎn)生線性應(yīng)力，如果在機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工上處理不好，將影響機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

二、溫度對(duì)機(jī)殼的影響

從壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)看，機(jī)組的4個(gè)支撐爪和定位鍵是保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的部件之一，它使機(jī)組受溫度的影響時(shí)，釋放金屬線性膨脹量和減少機(jī)殼徑向應(yīng)力的作用。因此，機(jī)殼4個(gè)支撐爪的調(diào)整墊預(yù)留間隙是否合理、風(fēng)口軸向定位鍵的竄動(dòng)量是否合理至關(guān)重要。

該機(jī)組在印度用戶現(xiàn)場(chǎng)就因?yàn)闄C(jī)殼4個(gè)支撐爪調(diào)整墊預(yù)留間隙不合理而導(dǎo)致機(jī)組在氣體溫度達(dá)到230℃左右，機(jī)殼出口側(cè)的線性膨脹量增加，機(jī)殼徑向應(yīng)力無(wú)法釋放，導(dǎo)致軸承徑向擠壓變形。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題與軸流壓縮機(jī)作對(duì)比，出口溫度都是230℃，軸流壓縮機(jī)出口側(cè)支撐爪預(yù)留1mm間隙，而壓縮機(jī)機(jī)組只預(yù)留0.02～0.05mm，軸流壓縮機(jī)工作正常。因此，造成軸承研瓦的原因找到了。將壓縮機(jī)支撐爪墊片出口側(cè)間隙調(diào)整到0.7mm，進(jìn)口側(cè)調(diào)整到0.2mm。再次開(kāi)車(chē)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)近90天運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，用戶反饋機(jī)組運(yùn)行正常。

三、溫度對(duì)軸承的影響

監(jiān)測(cè)軸承的溫度值是判斷機(jī)組轉(zhuǎn)子是否處在正常范圍運(yùn)轉(zhuǎn)的主要參數(shù)，特別是支撐軸徑比的數(shù)值是決定轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)，它涉及到轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量、轉(zhuǎn)數(shù)、一階轉(zhuǎn)數(shù)、二階轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)的確定，同時(shí)還要考慮與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。

軸承載荷特性數(shù)?p=(PmΨ2)/μω=(PΨ2)/(2μ υL)

式中：Ψ=δ/d——軸承的相對(duì)間隙；

μ——潤(rùn)滑油動(dòng)力粘性系數(shù)；

υ——軸頸的圓周速度；

ω——軸的旋轉(zhuǎn)角速度，ω=2υ/d。

軸頸的外負(fù)荷P=PmLd

式中：Pm——軸承的比壓；

L——軸承的長(zhǎng)度；

d——軸頸的直徑。

該機(jī)組轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)計(jì)算確定這個(gè)比值為0.555，它可以保證轉(zhuǎn)子軸的撓性度最小。而該機(jī)組也經(jīng)過(guò)計(jì)算軸承與軸的相對(duì)間隙為0.27mm。

1.溫度對(duì)軸承間隙及過(guò)盈、接觸面積的影響值

情況經(jīng)檢查，軸承的過(guò)盈值為0.02mm，接觸面達(dá)75%以上，均正常，也符合設(shè)計(jì)要求。

2.溫度對(duì)軸承油膜的影響

軸承潤(rùn)滑進(jìn)油溫度對(duì)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)有著直接影響，控制好潤(rùn)滑油溫度是可以避免軸承產(chǎn)生油膜激振的。當(dāng)油溫升高時(shí)，潤(rùn)滑油黏度降低，油膜變薄，油膜剛度減弱；當(dāng)油溫降低時(shí)，潤(rùn)滑油黏度增強(qiáng)，油膜變厚，油膜剛度增強(qiáng)。還有軸承間隙的選擇直接關(guān)系到軸承潤(rùn)滑效果，它的選擇通常是以軸的直徑大小而決定的，即軸承間隙是否在1.25‰～2‰范圍內(nèi)，不是一個(gè)固定的比例標(biāo)準(zhǔn)。所以針對(duì)此臺(tái)產(chǎn)品的支撐軸承直徑?180mm，選擇軸承間隙比值為1.5‰，其間隙在軸承與軸的相對(duì)間隙為0.27mm。

該產(chǎn)品在用戶現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)進(jìn)油潤(rùn)滑油溫度的調(diào)節(jié)（降低和升高），并采用現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)頻譜儀進(jìn)行測(cè)量振動(dòng)值，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)因進(jìn)油潤(rùn)滑油溫度的改變而影響機(jī)組的振動(dòng)值變化，振動(dòng)值為支撐側(cè)V1=18.6μm，V2=15.4μm；推力測(cè)V1=21.6μm，V2=17.4μm。在4個(gè)探頭主頻f=94.6Hz兩側(cè)沒(méi)有雜頻，在出口端（支撐側(cè)）0.5主頻處幅值只有1.8～3.2μm波動(dòng)，處于合格范圍。

機(jī)組內(nèi)的氣體溫度從入口時(shí)的40℃經(jīng)過(guò)5級(jí)葉輪的壓縮、膨脹，再壓縮、再膨脹，使氣體溫度達(dá)到240℃。氣體溫度的增高導(dǎo)致機(jī)殼進(jìn)出氣口溫差大，使機(jī)殼體軸向和徑向發(fā)生線性膨脹。尤其是機(jī)殼出口徑向膨脹量最大，導(dǎo)致機(jī)殼無(wú)法徑向釋放，使機(jī)殼軸承區(qū)域發(fā)生變形，軸承體受到擠壓而影響可傾瓦塊偏離原始設(shè)計(jì)的軸心軌跡。導(dǎo)致實(shí)際轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似于垂直形的橢圓形軌跡，這時(shí)轉(zhuǎn)子在機(jī)組內(nèi)的氣體壓力的作用下，轉(zhuǎn)子軸徑的切向力方向發(fā)生改變，同時(shí)作用在軸承瓦塊上的力位置也發(fā)生改變，由瓦塊的偏出口側(cè)移到入口側(cè)，從而導(dǎo)致瓦塊進(jìn)油量不足，油膜形成不好而使瓦塊研傷、燒瓦。

四、氣體溫度對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡及軸上的配合件影響

對(duì)于此機(jī)組，通過(guò)試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)均滿足API技術(shù)要求。從頻譜和拆檢轉(zhuǎn)子上各配套件表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有摩擦痕跡，進(jìn)一步證明軸承的研傷與轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、制造精度無(wú)關(guān)。

五、氣體溫度對(duì)機(jī)組找正的影響

經(jīng)過(guò)對(duì)該產(chǎn)品部件的相關(guān)資料查找，了解其安裝、找正的參數(shù)。對(duì)此機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)檢查，均符合相關(guān)要求，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。

六、結(jié)語(yǔ)

發(fā)生本臺(tái)機(jī)組研傷軸承鎢金、燒瓦的主要原因是受該機(jī)組氣體介質(zhì)出口溫度過(guò)高。導(dǎo)致將該溫度傳遞到支撐軸承定位的機(jī)殼上，使該定位處產(chǎn)生線性膨脹，致使支撐軸承體受到擠壓變形，同時(shí)支撐軸承瓦塊內(nèi)原軸心軌跡形線發(fā)生改變是導(dǎo)致多次研傷軸承鎢金、燒瓦的主要原因。解決方法是將原支撐側(cè)機(jī)殼兩側(cè)的貓抓把合螺栓與墊圈端面之間配合間隙由0.02～0.05mm增加到0.5～0.7mm。使機(jī)殼產(chǎn)生的線性膨脹能夠充分釋放，從而避免此類(lèi)事故的再次發(fā)生。機(jī)組再次試車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)過(guò)72h保運(yùn)和用戶目前近10個(gè)月的運(yùn)轉(zhuǎn)均正常。