離心式壓縮機(jī)軸向振動(dòng)故障分析及處理

王同慶，陳宏輝，劉榮福，賈厚林，唐 軍，張 斌

（中國(guó)燃?xì)鉁u輪研究院，四川江油 621703）

0 引言

壓縮機(jī)由于其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的復(fù)雜性，支撐條件的特殊性和存在多種非線性因素影響，在工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種故障[1]。用于氣源設(shè)備中的離心式壓縮機(jī)組存在支撐端軸承座軸向振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)的故障，支撐端軸承座水平、垂直方向振動(dòng)值超過(guò)允許值的十多倍。對(duì)故障問(wèn)題分析，最終決定從減小激振力和增加軸承座軸向剛度兩方面著手。處理后的機(jī)組，振動(dòng)明顯減小，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好，同時(shí)也驗(yàn)證了所選檢修方法的合理及有效性。

1 故障問(wèn)題介紹及分析

故障機(jī)組由驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒輪箱增速后驅(qū)動(dòng)，其中電機(jī)與齒輪箱、壓縮機(jī)與齒輪箱都是由齒套式聯(lián)軸器連接。齒套式剛性連接結(jié)構(gòu)，對(duì)于軸系對(duì)中精度提出了更高的要求，增加了軸系的調(diào)整難度。壓縮機(jī)支撐端與止推端軸承座由螺栓連接在獨(dú)立底座上。壓縮機(jī)組軸系簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 故障機(jī)組軸系簡(jiǎn)圖

1.1 檢修前振動(dòng)情況分析

故障機(jī)組檢修前，齒輪箱和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)較好，各向振動(dòng)水平都保持在2.8 mm/s以下，故障主要體現(xiàn)在壓縮機(jī)支撐端軸承座軸向振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)這一問(wèn)題上。故障機(jī)組檢修前穩(wěn)定狀態(tài)下壓縮機(jī)支撐端和止推端軸承座振動(dòng)情況見(jiàn)圖2。

從機(jī)組的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)看，檢修前支撐端軸承座在垂直和水平方向振動(dòng)情況良好，均值維持在2.5 mm/s左右，但其軸向振動(dòng)值最大值在穩(wěn)定工況下高達(dá)22.5 mm/s，振動(dòng)值是垂直和水平方向振動(dòng)值的10倍左右；止推端軸承座軸向振動(dòng)雖然較垂直和水平方向偏高，最高達(dá)3.8 mm/s，但維持在允許范圍內(nèi)。

圖2 故障機(jī)組檢修前壓縮機(jī)軸承座振動(dòng)情況

壓縮機(jī)支撐端和止推端軸承座軸向振動(dòng)都較垂直和水平方向高，可能是由軸向激振力偏大所導(dǎo)致的；從支撐端軸向振動(dòng)遠(yuǎn)大于止推端軸向振動(dòng)這一情況看，支撐端軸承座可能存在軸向剛度不足的缺陷。

1.2 機(jī)組拆檢及原始配合參數(shù)測(cè)量

在對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面的檢修工作之前，進(jìn)行了機(jī)組的拆檢工作機(jī)組以及對(duì)原始配合參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。

機(jī)組第二級(jí)轉(zhuǎn)子進(jìn)口葉片的第一個(gè)鉚釘損壞，葉片在鉚接處出現(xiàn)裂縫，并有橫向撕裂趨勢(shì)；由于磨損導(dǎo)致的大部分氣封、油封左右側(cè)間隙不一致且嚴(yán)重超差；隔板中分面間隙在0.45～1.4 mm，間隙超標(biāo)；壓縮機(jī)與齒輪箱對(duì)中存在超差；轉(zhuǎn)子葉片撕裂，增加了轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡量，進(jìn)而導(dǎo)致激振力變大；氣封和隔板間隙超標(biāo)增加了級(jí)間串氣量，在一定程度上增加了軸向激振力；此外徑向?qū)χ泻洼S向?qū)χ械某钜矌?lái)了額外的激振力，尤其是軸向?qū)χ械某钤谝欢ǔ潭壬峡赡芤饳C(jī)組軸向振動(dòng)的增加。

2 機(jī)組檢修方案及實(shí)施

2.1 減小激振力

從機(jī)組拆檢及原始配合參數(shù)測(cè)量的結(jié)果看導(dǎo)致轉(zhuǎn)子激振力偏大的因素有：轉(zhuǎn)子葉片撕裂導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡量的增加；氣封的磨損以及隔板間隙過(guò)大引起的級(jí)間串氣導(dǎo)致的軸向激振力增加；壓縮機(jī)與齒輪箱對(duì)中超差導(dǎo)致的激振力增加。

采取相應(yīng)處理措施：對(duì)撕裂的轉(zhuǎn)子葉片及對(duì)角葉片進(jìn)行挖除打磨處理，并進(jìn)行動(dòng)平衡處理；對(duì)間隙超差的氣封進(jìn)行照配更換；根據(jù)壓縮機(jī)隔板中分面各位置的間隙值，在下殼體隔板處鋪直徑1.8 mm或直徑2.5 mm的鉛絲并涂黃油固定，以減小級(jí)間漏氣量；對(duì)壓縮機(jī)與齒輪箱的對(duì)中參數(shù)按要求進(jìn)行調(diào)整。

2.2 增加軸承剛度

DA1000壓縮機(jī)組軸承座為獨(dú)立支撐結(jié)構(gòu)，在安裝合理的情況下，軸承座的剛度滿足機(jī)組運(yùn)行要求。由于地震給機(jī)組基礎(chǔ)帶來(lái)不可恢復(fù)性變形，基礎(chǔ)變形、強(qiáng)度下降，在一定程度上導(dǎo)致了軸承座剛度下降；鑒于現(xiàn)場(chǎng)施工條件和檢修周期的限制，不具備對(duì)軸承座基礎(chǔ)加固處理的條件。只能從兩個(gè)方面著手，檢查壓縮機(jī)軸承座是否自身存在缺陷，如地腳螺栓是否有松動(dòng)等；調(diào)整好軸承壓蓋與上瓦背的過(guò)盈量配合。

經(jīng)檢查，機(jī)組軸承座自身結(jié)構(gòu)完好，不存在缺陷；機(jī)組支撐端軸承座有一顆地腳螺栓松動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行緊固處理。在恢復(fù)軸承端軸瓦時(shí)，將軸承壓蓋與上瓦背的接觸面研磨至要求；并且通過(guò)增減上瓦背部的調(diào)整墊片將軸承壓蓋與上瓦背的過(guò)盈量調(diào)整為要求的偏上限值，以保證運(yùn)行過(guò)程中由于軸承初始安裝不當(dāng)或長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，軸承壓蓋與上瓦背之間的緊力喪失而致使軸瓦松動(dòng)而導(dǎo)致的振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題。

3 檢修效果

檢修后調(diào)試運(yùn)行額定工況穩(wěn)定狀態(tài)下止推端和支撐端軸承座振動(dòng)情況見(jiàn)圖3。

圖3 機(jī)組第一次檢修后軸承座振動(dòng)情況對(duì)比

機(jī)組經(jīng)過(guò)針對(duì)性的檢修處理后，在滿載荷穩(wěn)定工況下其支撐端軸向振動(dòng)由檢修前的22.5 mm/s降至12.9 mm/s，檢修效果明顯；支撐端垂直振動(dòng)值變化不大，維持在良好的振動(dòng)范圍內(nèi)，但水平方向振動(dòng)較檢修前稍有增大，最大值達(dá)5.2 mm/s。止推端在檢修后軸承座各向振動(dòng)都有所增加，雖然都維持在允許范圍內(nèi)但增加量較明顯，尤其是軸向和水平方向，其中軸向由檢修前的3.8 mm/s增至6.7 mm/s、水平方向由檢修前的2 mm/s增至4 mm/s。

調(diào)試運(yùn)行后對(duì)機(jī)組壓縮機(jī)的軸承進(jìn)行了拆檢工作，檢查初次運(yùn)行后各軸瓦的磨損情況；考慮到止推端軸承各向振動(dòng)較檢修前增加，懷疑可能由于該處軸承回裝不良而導(dǎo)致了振動(dòng)增加；經(jīng)過(guò)拆檢處理后調(diào)試，止推端軸承座各向振動(dòng)降低至檢修前的振動(dòng)水平，問(wèn)題得到處理。

后續(xù)的調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，支撐端軸向振動(dòng)較拆檢前明顯加大，且軸向振動(dòng)值在穩(wěn)定工況下有隨著運(yùn)行時(shí)間增加而增加的趨勢(shì)；在對(duì)支撐端軸承進(jìn)行拆檢恢復(fù)的后續(xù)調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)機(jī)組支撐端和止推端各向振動(dòng)都較之前振動(dòng)有所增加；且機(jī)組支撐端軸向振動(dòng)惡化最為明顯，最差達(dá)到25.4 mm/s，較檢修前狀態(tài)更差。為了找到導(dǎo)致壓縮機(jī)支撐端軸向振動(dòng)惡化的原因，對(duì)機(jī)組進(jìn)行了全面的振動(dòng)測(cè)試分析。

圖4頻譜顯示，導(dǎo)致壓縮機(jī)支撐端軸向振動(dòng)主要以1倍頻為主，推斷是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子在經(jīng)過(guò)兩次調(diào)試后發(fā)生了不平衡量的變化。對(duì)于4倍頻，經(jīng)分析是由于撕裂轉(zhuǎn)子葉片部分切除處理后導(dǎo)致的氣動(dòng)激振力，是無(wú)法處理消除的；因此故障問(wèn)題的處理從1倍頻處理著手。經(jīng)過(guò)分析決定對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡處理，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的原始不平衡量較上次動(dòng)平衡后發(fā)生了很大變化；經(jīng)過(guò)處理后轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度達(dá)G0.4等級(jí)。經(jīng)過(guò)第二次轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡后，機(jī)組調(diào)試運(yùn)行額定工況穩(wěn)定狀態(tài)下，止推端和支撐端軸承座振動(dòng)情況見(jiàn)圖5。

圖4 壓縮機(jī)組支撐端軸向振動(dòng)頻譜圖

圖5 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡處理后振動(dòng)情況對(duì)比

從動(dòng)平衡處理后機(jī)組調(diào)試運(yùn)行結(jié)果看，動(dòng)平衡后激振力的減小，使支撐端軸向振動(dòng)由動(dòng)平衡前的25.4 mm/s降低到平均水平9 mm/s左右（工況不同振動(dòng)維持在6.3～12.8 mm/s），能夠滿足運(yùn)行要求（按照ISO 3945要求，尚可振動(dòng)范圍為11.2～18 mm/s），檢修效果明顯；止推端軸承座振動(dòng)維持在良好的振動(dòng)范圍內(nèi)（各向振動(dòng)最大值≤4 mm/s）。

4 結(jié)束語(yǔ)

壓縮機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，其轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定在合理的范圍內(nèi)；當(dāng)壓縮機(jī)有故障出現(xiàn)時(shí)，會(huì)表現(xiàn)為壓縮機(jī)軸系振動(dòng)的增加。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)關(guān)注軸承座水平、垂直方向振動(dòng)的同時(shí)其軸向振動(dòng)也不容忽視。對(duì)于壓縮機(jī)組軸向振動(dòng)故障可以根據(jù)故障特征從減小軸向激振力和增加軸承座剛度兩方面綜合考慮，以達(dá)到事半功倍的檢修效果。此外在機(jī)組檢修過(guò)程中，軸承回裝不良，會(huì)在一定程度上導(dǎo)致軸承座振動(dòng)增加。在機(jī)組故障診斷過(guò)程中，綜合振動(dòng)測(cè)試分析結(jié)果和機(jī)組自身特性，可以提高機(jī)組故障診斷的效率和精確度。

［1］ 孟光.轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究的回顧與展望［J］.振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2002，（1）：1-14.

［2］ 袁鳳華.壓縮機(jī)滑動(dòng)軸承常見(jiàn)振動(dòng)故障的分析及處理［J］.風(fēng)機(jī)技術(shù)，2004.