聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)的振動(dòng)研究

（國(guó)家能源集團(tuán)，包頭 014060）

0 引言

在氣相法條件下，聚乙烯硫化床反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，其動(dòng)力支持主要由K-4003來(lái)實(shí)現(xiàn)。以硫化床和冷卻器為載體，補(bǔ)償循環(huán)氣流并產(chǎn)生壓降作用，最后在標(biāo)準(zhǔn)氣速支持下，反應(yīng)器床層達(dá)到硫化狀態(tài)。當(dāng)K-4003處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，軸振動(dòng)保持為10 μm，隨著軸振動(dòng)的上升及其幅度的加大，相關(guān)數(shù)據(jù)攀升至40 μm，并且有持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)，這對(duì)裝置與設(shè)備的安全運(yùn)行都造成了階段威脅。文中主要通過(guò)DP1500采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)振動(dòng)軟件開(kāi)展頻譜分析，以便準(zhǔn)確判斷振動(dòng)原因。

1 循環(huán)氣壓縮機(jī)K-4003存在的問(wèn)題

1.1 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，以軸兩端垂直方向與軸向點(diǎn)實(shí)施監(jiān)測(cè)，分別確定徑向與軸向位移測(cè)點(diǎn)。在監(jiān)測(cè)一段時(shí)間后，將不同時(shí)期下徑向東側(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)變化情況列舉出來(lái)，以便進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)，循環(huán)氣壓縮機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，已經(jīng)趨近于報(bào)警值。

1.2 FFT頻譜分析法

頻譜分析方法的應(yīng)用比較常見(jiàn)，其以快速傅立葉變化為支持，也稱(chēng)作FFT分析法。該分析法的原理在于以頻譜分析為依據(jù)，將診斷信息提取出來(lái)，之后進(jìn)行表達(dá)，常用的頻譜圖包括幅值譜、功率譜等。就幅值譜分析法來(lái)看，振動(dòng)信號(hào)x（t）的傅立葉變換譜的計(jì)算為X（f），整個(gè)計(jì)算過(guò)程以振動(dòng)信號(hào)、虛譜、實(shí)譜等為支持，通過(guò)轉(zhuǎn)換等方式可計(jì)算出幅值譜或FFT譜，對(duì)信號(hào)中頻率成分幅值大小及其沿著頻率軸進(jìn)行分布的情況加以表示[1]。

幅值譜主要應(yīng)用于機(jī)械故障診斷方面，通過(guò)該方法能夠?qū)φ駝?dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，明確其中頻率成分及諧波分量等，并對(duì)諧波分量中突出成分復(fù)制進(jìn)行確定，進(jìn)而為故障分析提供參考信息。

1.3 頻譜圖

通過(guò)對(duì)頻譜圖進(jìn)行仔細(xì)觀察和分析，能夠?qū)C(jī)器振動(dòng)幅值以及轉(zhuǎn)動(dòng)頻率之間關(guān)系形成一個(gè)清晰的認(rèn)知，并通過(guò)曲線形式反應(yīng)出來(lái)。在這一曲線圖中，以轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為橫坐標(biāo)，以振幅峰值為縱坐標(biāo)。在實(shí)際操作過(guò)程中，以故障診斷軟件來(lái)對(duì)K-4003進(jìn)行檢測(cè)，可以獲得振動(dòng)頻譜圖（如圖1所示），分別為不同測(cè)振點(diǎn)下的頻譜。

圖1 震動(dòng)頻譜

K-4003循環(huán)氣壓縮機(jī)保持3 000 r/min的工作轉(zhuǎn)速，實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)頻率保持為50 Hz。通過(guò)觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，1倍頻的條件下，不同測(cè)振點(diǎn)所達(dá)到的振動(dòng)幅值也存在明顯差異，通過(guò)對(duì)比可知，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率為50 Hz時(shí)，1倍頻下的振動(dòng)幅值保持最大狀態(tài)，其與分量相對(duì)較小。表明當(dāng)基頻振動(dòng)分量處于增長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)峰峰值出現(xiàn)增長(zhǎng)。

2 K-4003振動(dòng)原因分析

2.1 振動(dòng)原因分析

在聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，基于以往運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)出發(fā)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致K-4003出現(xiàn)振動(dòng)的原因是多方面的，當(dāng)探頭處于失效狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響測(cè)試數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行受到影響，進(jìn)而出現(xiàn)振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子對(duì)中不理想，軸出現(xiàn)彎曲，機(jī)械處于松動(dòng)狀態(tài)，或者存在摩擦問(wèn)題時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)。觀察壓縮機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，若氣流的穩(wěn)定性不足，會(huì)影響K-4003運(yùn)行的穩(wěn)定性。當(dāng)旋轉(zhuǎn)失效或者出現(xiàn)喘振情況時(shí)，軸承出現(xiàn)磨損，嚴(yán)重情況下可能會(huì)失去其自身效用，油膜振蕩與蝸動(dòng)，轉(zhuǎn)子平衡性不足等，這些因素都會(huì)影響K-4003運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題[2]。以專(zhuān)用設(shè)備來(lái)進(jìn)行檢測(cè)并開(kāi)展綜合分析之后，可以確定探頭失效、機(jī)械松動(dòng)、旋轉(zhuǎn)失效、壓縮機(jī)氣流不穩(wěn)以及油膜振蕩與蝸動(dòng)這幾項(xiàng)因素可以排除。

轉(zhuǎn)子對(duì)中不理想情況，通過(guò)觀察循環(huán)氣壓縮機(jī)可以發(fā)現(xiàn)，其轉(zhuǎn)軸與電機(jī)主軸之間存在軸系，主要由聯(lián)軸器來(lái)進(jìn)行聯(lián)接，一旦安裝不精準(zhǔn)，或者機(jī)器基礎(chǔ)松動(dòng)等，極易導(dǎo)致軸系出現(xiàn)平行位移不規(guī)范、角度位移不合理，會(huì)影響軸系對(duì)中變化，導(dǎo)致誤差出現(xiàn)。在動(dòng)態(tài)效應(yīng)的作用下，導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備出現(xiàn)軸承損壞、油膜失穩(wěn)以及異常振動(dòng)等。振動(dòng)特征主要表現(xiàn)在頻率和振動(dòng)方向這兩個(gè)方面，在頻率方面，受到轉(zhuǎn)子不對(duì)中差異化型式的影響，平行不對(duì)中情況下，主要激發(fā)2倍頻，而角度不對(duì)中情況下，則出現(xiàn)同頻振動(dòng)突出問(wèn)題。就振動(dòng)方向來(lái)看，平行不對(duì)中的情況下往往會(huì)出現(xiàn)大徑向振動(dòng)。由于K-4003振動(dòng)以1倍頻為主，因此轉(zhuǎn)子不對(duì)中不是導(dǎo)致K-4003振動(dòng)的主要原因。

就轉(zhuǎn)子彎曲來(lái)看，主要包含永久性和臨時(shí)性，當(dāng)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理或者材質(zhì)不均勻時(shí)，轉(zhuǎn)子極易出現(xiàn)永久性彎曲，并且隨著存放不合理或者熱態(tài)停車(chē)等因素的影響，其自然彎曲或有所加大。而當(dāng)暖機(jī)操作不正確、存在較大預(yù)負(fù)荷等問(wèn)題時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)臨時(shí)性彎曲。觀察頻譜圖和時(shí)域圖可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子彎曲存在二倍頻分量，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)子工頻振動(dòng)幅值要明顯大于開(kāi)車(chē)時(shí)的數(shù)值，由此可以分析，軸彎曲因素可以被排除。

就摩擦來(lái)看，部分摩擦?xí)r，轉(zhuǎn)子與靜止部分的接觸是偶然的，所造成的破壞性較小，機(jī)器運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)因素也比較小。而在整周環(huán)狀摩擦條件下，摩擦處于密封狀態(tài)，所產(chǎn)生的分?jǐn)?shù)諧波振動(dòng)分量相對(duì)較高，但其與K-4003頻譜圖存在出入，因此摩擦因素得以排除[3]。

就軸承磨損與失效來(lái)看，在頻譜圖中，軸承磨損與失效主要表現(xiàn)在1倍頻、2倍頻等方面，頻譜圖反應(yīng)存在出入，徑向軸承不存在變化，因此軸承磨損與失效因素可以被排除。

就轉(zhuǎn)子不平衡來(lái)看，其主要表現(xiàn)在兩方面，其一是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)質(zhì)量存在偏心，這與轉(zhuǎn)子制造誤差、材質(zhì)不均勻等相關(guān)。其二是轉(zhuǎn)子部件缺損，這與運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子腐蝕、磨損等相關(guān)，導(dǎo)致零部件出現(xiàn)損壞與脫落等，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡。從振動(dòng)方向特征來(lái)看，徑向振動(dòng)相對(duì)較大，初步判斷轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致K-4003振動(dòng)異常的根本原因，在振動(dòng)1倍頻和振動(dòng)方向這兩方面都存在相符性。

2.2 判斷轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡主要體現(xiàn)在原始、漸變和突發(fā)這三個(gè)方面，分別具有各自特征，結(jié)合頻譜圖進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，1倍頻下K-4003振動(dòng)表現(xiàn)出漸變穩(wěn)定，隨著振動(dòng)值的不斷增大，軸向振動(dòng)較小，以徑向垂直和水平振動(dòng)比較明顯，這是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡的首要因素。偏心質(zhì)量的出現(xiàn)，與轉(zhuǎn)子受到腐蝕和磨損相關(guān)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，極易導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在徑向位置出現(xiàn)失衡，因此可以判定，壓縮機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的原因就在于轉(zhuǎn)子漸變不平衡。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析可知，轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)超標(biāo)的主要原因，在實(shí)際解體檢修的過(guò)程中，需要令循環(huán)氣壓縮機(jī)保持停車(chē)狀態(tài)，最終判斷可通過(guò)檢修情況以及檢修后設(shè)備振動(dòng)情況來(lái)加以驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)聚乙烯裝置循環(huán)氣壓縮機(jī)的振動(dòng)進(jìn)行研究，能夠把握振動(dòng)原因，并采取有針對(duì)性的檢修操作，以維護(hù)循環(huán)氣壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)聚乙烯裝置的運(yùn)行效率，避免企業(yè)生產(chǎn)受到影響。