離心壓縮機振動原因分析

王永杰　李 鵬　王興偉　郭 歡　孟祥華

（1.沈陽鼓風(fēng)機股份有限公司集團(tuán)，遼寧　沈陽　110869；2.中石化天然氣榆濟管道分公司，山東　濟南　250101）

·監(jiān)測與診斷·

離心壓縮機振動原因分析

王永杰1李 鵬1王興偉1郭 歡1孟祥華2

（1.沈陽鼓風(fēng)機股份有限公司集團(tuán)，遼寧沈陽110869；2.中石化天然氣榆濟管道分公司，山東濟南250101）

通過DA480-61型離心壓縮機裝置的結(jié)構(gòu)分析，指出了機械運轉(zhuǎn)的振動原因，并進(jìn)行了修復(fù)。

DA480-61型離心壓縮機；熱膨脹系數(shù)；支撐；頻譜分析

以DA480-61型離心壓縮機在用戶現(xiàn)場發(fā)生的振動及材料的線性熱膨脹變化為例進(jìn)行分析研究。從電機向壓縮機看，壓縮機為逆時針方向旋轉(zhuǎn)，壓縮機氣體出口溫度偏高，可達(dá)到230～250℃。機組的主要參數(shù)如表1所示。

機組氣體介質(zhì)為濕空氣，該壓縮機于2013年4月安裝完畢并投入試車調(diào)試、供氣生產(chǎn)。經(jīng)檢測，機組技術(shù)參數(shù)均合格。經(jīng)過近1年的運行，發(fā)現(xiàn)變速機小齒輪盲端的軸承瓦溫有逐漸增高趨勢（由最初的63.7℃增到72.4℃）。這種現(xiàn)象持續(xù)到2014年5月，其瓦溫突然增高到89℃，振動值在7.8mm/s，造成機組報警連鎖停車。在對變速機組軸承拆檢后，發(fā)現(xiàn)小齒輪盲端支撐側(cè)軸承瓦塊烏金層研傷和燒壞脫落，對應(yīng)軸頸有輕微拉毛刺現(xiàn)象。大齒輪輸入端支推軸承的端面和瓦徑也有輕微研傷，其余兩個支撐軸承和軸頸均無損傷現(xiàn)象。但在檢查時還發(fā)現(xiàn)大小齒輪靠近輸入端的嚙合齒面存在有膠合、研傷、點蝕現(xiàn)象。同時，對大小齒輪現(xiàn)場的查看和對機組機械裝配的各項參數(shù)進(jìn)行檢驗均沒有問題。后經(jīng)過對發(fā)生這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行了分析，找到原因所在，以下為從這幾方面進(jìn)行的分析。

表1

一、溫度對變速箱體的影響

1.溫度對金屬材料應(yīng)力的影響

目前，對箱體進(jìn)行了各部位尺寸的檢查，沒有發(fā)現(xiàn)變形。其形狀公差、位置公差均符合設(shè)計圖紙要求，可滿足裝配要求。說明變速箱體在整個加工過程中所采取的工藝方法是正確的，沒有對材料加工應(yīng)力產(chǎn)生影響。

2.金屬熱膨脹

從變速箱體的設(shè)計結(jié)構(gòu)來看，其厚度在30～50mm范圍內(nèi)，鑄件在現(xiàn)場對變速機的四周立面、箱體的底面、上下中分面、軸承區(qū)的支撐部位及該處的加強筋等都進(jìn)行了測量，均滿足設(shè)計要求。

變速機箱體選用HT250灰口鑄鐵，其材料線性膨脹的特性是隨其所受環(huán)境溫度變化（升降）而變化，但在相應(yīng)的溫度下還是比較穩(wěn)定的。

二、聯(lián)軸器對中精度對機組運行的影響

1.齒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)分析

從整個機組的裝置布置來看，在3個元件之間采用的是齒式聯(lián)軸器并將其連接在一起。電機作為驅(qū)動元件是將輸出的扭矩（功率）通過齒式聯(lián)軸器傳遞到變速機的輸入端帶動大齒輪軸運轉(zhuǎn)，并與小齒輪嚙合將功率輸出，再一次通過齒式聯(lián)軸器輸入到主機軸上（圖1）。

圖1　機組裝置示意圖

圖2　齒式聯(lián)軸器聯(lián)接圖

此齒式聯(lián)軸器（圖2）的輸入和輸出端為鍵連接，孔和軸之間為過度配合。其單件在加工時要求內(nèi)孔和齒外圓的同心度為0.005mm、端面與內(nèi)孔軸心的垂直度在0.005mm。所以它們之間在找正時要保證精度要求，才能滿足運轉(zhuǎn)的使用要求。

2.聯(lián)軸器對中精度

（1）電機與變速機聯(lián)軸器對中

把百分表架裝在電機A的軸頭上，百分表壓在變速機B的輸入端大齒輪的齒式半聯(lián)器外圓上，端面找正值采用量塊（兩個半聯(lián)器端面之間距離?。y量?？紤]到電機在現(xiàn)場是逆時針旋轉(zhuǎn)，變速機的中心高為H=400mm，回油溫度為68～75℃之間，電機的中心高受溫度的影響，其余方向可忽略不計。所以其找正值為：①外圓找正值要求：水平值（里測）Z=0.10mm；(外側(cè))W=-0.10mm。垂直（上或高）D=-0.19mm；（下或低）b=0.19mm。②端面采用量塊測量要求：保證下開口，最大值在-0.05mm。③綜合：水平、垂直找正值和端面找正值（圖3）

圖3　水平、垂直找正值和端面找正值

但在實際事故發(fā)生后，進(jìn)行檢查時所測得的各項誤差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求值。以下為外圓找正實際值：水平值（里測）Z=3.16mm；(外側(cè))W=-3.38mm。垂直（上或高）D=-3.87mm；（下或低）b=2.61mm；端面采用量塊測量要求：保證下開口，最大值在-0.15mm。

從以上測量的數(shù)值來看顯然是變速機中心線是低于電機的中心線的太多，沒有達(dá)到要求低的范圍內(nèi)，這樣就不符合機組找正所給的值要求，無法滿足機組的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

（2）變速機與主機聯(lián)軸器的對中

把百分表架裝在主機C的軸頭上，百分表壓在變速機B的輸出端小齒輪的齒式半聯(lián)器外圓上，端面找正值采用量塊（兩個半聯(lián)器端面之間距離?。y量。考慮到主機在現(xiàn)場是順時針旋轉(zhuǎn)，主機的出口氣體溫度在232℃，變速機的中心高為H=400mm，回油溫度為68～75℃之間，因它們之間殼體所受的溫度差較大，故其中心高的垂直線性膨脹值也相差很大。所以其找正值為主機中心高要低于變速機中心高：①外圓找正值要求：水平值（里測）Z=0.10mm；(外側(cè))W=-0.10mm。垂直（上或高）D=0.59mm；（下或低）b=-0.59mm。②端面采用量塊測量要求：保證下開口，最大值在-0.05mm。③綜合：水平、垂直找正值和端面找正值（圖4）。

圖4　水平、垂直找正值和端面找正值

但在實際事故發(fā)生后，進(jìn)行檢查時所測得的各項誤差值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于要求值。以下為外圓找正實際值：水平值（里測）Z=-0.42mm；(外側(cè))W=-0.96mm。垂直（上或高）D=-0.19mm；（下或低）b=-0.13mm；端面采用量塊測量要求：保證下開口，最大值在-0.10mm。

從以上測量的數(shù)值來看顯然是主機軸中心是高于變速機的中心線太多，沒有達(dá)到工況下要求的范圍內(nèi)，這樣就不符合機組找正所給的值要求，無法滿足機組的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

為此可以判斷，造成變速機連鎖停機的主要原因是因輸入和輸出端的找正精度值不夠，從而導(dǎo)致了大小齒輪的輸入端側(cè)齒面膠合并出現(xiàn)研痕，同時也造成軸承瓦鎢金層研傷脫落及油膜產(chǎn)生激振。發(fā)生事故問題的根源找到了，為保證盡快地恢復(fù)機主裝置的運轉(zhuǎn)（由于現(xiàn)場沒有備件齒輪副），對現(xiàn)場大小齒輪齒面研傷痕跡采用圓弧油石對凸起和毛刺進(jìn)行修復(fù)，同時對軸承以研傷的鎢金瓦面采用刮刀進(jìn)行修復(fù)，最終達(dá)到使用要求。

三、變速機裝配注意事項

變速機的裝配需注意：一是軸承間隙、推力面間隙的檢查。二是軸承體與壓蓋之間的過盈值。三是大小齒輪的對研（包括：兩軸的平行度、交叉度、齒面接觸面積、推力盤間隙、嚙合間隙）。

變速機在裝配前應(yīng)對箱體進(jìn)行精析。首先，將箱體置于工作平臺上，用百分表檢查下箱體底平面與中分面平行度值、檢查各軸承孔的圓度合格后方可進(jìn)行裝配。其次，要對整個待裝配的箱體各部位進(jìn)行清理。

這些檢查完后可進(jìn)行上述各零部件裝配。它包括：一是軸承體與壓蓋、下箱體與底座配合面的接觸面對研，使之達(dá)到要求。二是分別對大小齒輪軸頸與軸承間隙的裝配，檢查各軸的平行度。三是對大小齒輪進(jìn)行對研裝配，主要包括兩軸的平行度、交叉度、齒面接觸面積、推力盤間隙、嚙合間隙的裝配及間隙檢查。

四、變速機安裝精度

此變速機箱體帶有安裝墊板，所以，應(yīng)對箱體底面和墊板接觸面進(jìn)行對研，確保變速機運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

五、電機磁力中心值

對于帶有電機的機組裝置，軸輸入端的磁力中心是一個關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。所以在找正時要查閱電機廠家提供的說明書和電機標(biāo)牌上所給的各類參數(shù)值和圖示，確定磁力中心之后，再檢查軸頭標(biāo)記是否在要求的磁力中心位置上。如果符合要求進(jìn)行找正工序，反之進(jìn)行調(diào)試達(dá)到要求。

六、結(jié)語

經(jīng)過對上述的各項要素所作的檢查，最終得出造成這次機主裝置整個聯(lián)鎖停車的原因，是由于變速機兩側(cè)的齒式聯(lián)軸器對中找正精度不精，誤差值太大所致，尤其是變速機的驅(qū)動端的找正誤差值，難以滿足工況下溫度變化的線性膨脹值的要求。所以經(jīng)過對電機與變速機與主機之間的齒式聯(lián)軸器的重新找正后（其找正值由于設(shè)備制造廠沒有給出），基于設(shè)備提供的工況參數(shù)，重新經(jīng)過計算修訂給出找正相應(yīng)值。

按照上述所給的找正值進(jìn)行找正后，經(jīng)過對機組回裝、給油、調(diào)試，最終達(dá)到開車要求。經(jīng)開車后機組裝置氣動機械運轉(zhuǎn)，在分階段調(diào)整機組壓力、流量穩(wěn)定情況下，使機組達(dá)到最大工況。經(jīng)過72h的氣動機械運轉(zhuǎn)，變速機上的四個軸承振動值在4.5mm/s以下，軸承溫度在65～70℃之間，滿足設(shè)計要求。目前經(jīng)過近一年的氣動機械運轉(zhuǎn)，變速機各項參數(shù)指標(biāo)平穩(wěn)沒有異常，可以說明各項技術(shù)參數(shù)檢查項數(shù)值均基本符合相關(guān)的安裝、找正的技術(shù)參數(shù)要求。

[1]機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.

[2]景思睿，張明遠(yuǎn).流體力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.

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（2015-03-27）