離心式壓縮機(jī)故障診斷分析及處理措施方法研究

喬侽 叢涵松 陳云偉

摘? 要：離心式壓縮機(jī)是在我國(guó)當(dāng)前的工業(yè)系統(tǒng)中使用最為頻繁和廣泛的一種機(jī)器，特別是石油、石化、冶金、電力等過(guò)程工業(yè)。由于設(shè)備投資大，生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，機(jī)械裝備故障停機(jī)會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失，甚至機(jī)毀人亡的重大事故，文章通過(guò)研究離心式壓縮機(jī)常出現(xiàn)的故障，并針對(duì)故障提出相對(duì)應(yīng)的解決措施及辦法。

關(guān)鍵詞：離心式壓縮機(jī);故障診斷;處理措施

中圖分類號(hào)：TM643? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）16-0120-02

Abstract： Centrifugal compressor in our country's current industrial system is the most frequently and widely used in a machine， especially the petroleum， petrochemical， metallurgy， electric power and other process industries. Due to the large investment in equipment and the complication of the production process， mechanical parking by reason of equipment malfunction can cause great economic losses， even major accident. This paper studies the frequent fault of the centrifugal compressor and puts forward corresponding measures and solutions todeal with the fault.

Keywords： centrifugal compressor; fault diagnosis; treatment method

前言

故障機(jī)器通常指發(fā)生損壞或無(wú)法執(zhí)行預(yù)期任務(wù)的機(jī)器，其中，意外停機(jī)通常是損傷長(zhǎng)期累積的結(jié)果。在實(shí)際情況下，即使問(wèn)題已經(jīng)很明顯或正在加劇，大多數(shù)機(jī)器仍會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并有效的完成任務(wù)。由于機(jī)器本身及其損失的產(chǎn)品成本太高，因此不能等到機(jī)器意外停車(chē)后再去考慮是否出現(xiàn)故障，故需要通過(guò)日常的檢測(cè)監(jiān)測(cè)機(jī)器振動(dòng)特性來(lái)防止機(jī)器意外停機(jī)。

1 常見(jiàn)的故障種類

故障診斷依靠的是對(duì)關(guān)鍵信號(hào)特性變化的檢測(cè)，包括振動(dòng)振幅、相位、頻譜、軌跡等。絕大部分故障都表現(xiàn)出類似的振動(dòng)特征，根據(jù)某一種單一跡象很難做出準(zhǔn)確的判斷，而且機(jī)器一旦發(fā)生故障通常是由多種因素同時(shí)造成的。所以，需要故障診斷人員系統(tǒng)地對(duì)機(jī)器所有運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、分析，包括：機(jī)組起車(chē)、升速、工作轉(zhuǎn)速下、跳閘轉(zhuǎn)速下、降速及停車(chē)等各個(gè)階段。

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡

不平衡是轉(zhuǎn)子最常見(jiàn)的系統(tǒng)故障，引起轉(zhuǎn)子不平衡的原因有很多：如轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械加工質(zhì)量誤差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻、動(dòng)平衡精度差、運(yùn)行中聯(lián)軸器相對(duì)位置改變、轉(zhuǎn)子部件缺損（如運(yùn)行中由于腐蝕、磨損、介質(zhì)不均勻結(jié)垢、脫落）、轉(zhuǎn)子受疲勞應(yīng)力作用造成轉(zhuǎn)子零部件（如葉輪、葉片、平衡盤(pán)等）局部損壞、脫落、產(chǎn)生碎片飛出等。以上故障均會(huì)造成轉(zhuǎn)子質(zhì)心發(fā)生偏移，這種質(zhì)心偏移造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)。由動(dòng)力學(xué)原理可知轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心力，其大小和質(zhì)量、偏心距及轉(zhuǎn)速的平方成正比。離心力作用在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承上，方向與偏心距同步改變。轉(zhuǎn)子受變力作用從而產(chǎn)生振動(dòng)，這就是不平衡量產(chǎn)生的直接原因。但在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中，絕對(duì)平衡的轉(zhuǎn)子是不存在的。不超過(guò)不平衡量允許值的轉(zhuǎn)子即認(rèn)定為合格的轉(zhuǎn)子。

振動(dòng)特征：不平衡振動(dòng)頻譜主要顯示主頻為工頻，振動(dòng)的時(shí)域波形為正弦波，轉(zhuǎn)子軸心軌跡為橢圓，進(jìn)動(dòng)特征為同步正進(jìn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子振幅隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升降而增減，此反應(yīng)明顯，是判斷轉(zhuǎn)子不平衡故障的重要依據(jù)。

1.2 轉(zhuǎn)子軸系不對(duì)中

機(jī)組通常由多個(gè)轉(zhuǎn)子組成，其中包括原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，各轉(zhuǎn)子之間通過(guò)聯(lián)軸器連接組成軸系，來(lái)傳遞扭矩及動(dòng)力。由于裝配誤差、機(jī)組工作運(yùn)轉(zhuǎn)下熱膨脹、承載荷后變形以及機(jī)組基礎(chǔ)累積沉降等原因，會(huì)造成機(jī)組軸系不對(duì)中。當(dāng)機(jī)組產(chǎn)生軸系不對(duì)中時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生附加彎矩，給軸承增加附加載荷，從而對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生附加激勵(lì)，通過(guò)一系列反映引起機(jī)組振幅超差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)組軸承或聯(lián)軸器損壞、機(jī)組地腳螺栓斷裂扭彎、軸承油膜失穩(wěn)、轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)定子間刮碰摩擦等。軸系不對(duì)中一般可分為平行不對(duì)中、角度不對(duì)中以及綜合不對(duì)中。在實(shí)際生產(chǎn)中通常為綜合不對(duì)中。

振動(dòng)特征：由不對(duì)中引起的振動(dòng)故障的特征頻率顯示為1倍頻、2倍頻及多倍頻的等距分布，其中二倍頻振幅較大，為特征頻率。振動(dòng)的時(shí)域波形為疊加波形，轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為8字形，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)橥秸M(jìn)動(dòng)。對(duì)載荷變化敏感，振動(dòng)隨載荷增加而增大，對(duì)潤(rùn)滑油溫、介質(zhì)溫度變化敏感，在聯(lián)軸器側(cè)的軸承處振幅較大。

1.3 轉(zhuǎn)子彎曲

轉(zhuǎn)子彎曲包括弓形彎曲和臨時(shí)性彎曲兩種故障。轉(zhuǎn)子弓形彎曲是永久性彎曲。產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲的原因包括：轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期存放不盤(pán)車(chē)、機(jī)組熱狀態(tài)下停車(chē)但未及時(shí)盤(pán)車(chē)、轉(zhuǎn)子受外力沖擊、轉(zhuǎn)定子件之間抱緊摩擦以及轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)后自然彎曲加大等。

振動(dòng)特征：轉(zhuǎn)子彎曲的特征頻率顯示為1倍頻，并伴隨有低能量2倍頻。振動(dòng)的時(shí)域波形為正旋波，轉(zhuǎn)子軸心軌跡為橢圓，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)。振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的升降而增減。但與轉(zhuǎn)子不平衡反映不同的是：轉(zhuǎn)子彎曲的機(jī)組起車(chē)振動(dòng)就大，而且當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時(shí)，振幅不會(huì)馬上跟著下降，而是有一定的時(shí)間滯后。同時(shí)轉(zhuǎn)子彎曲的機(jī)組在停機(jī)過(guò)臨界時(shí)和在起車(chē)過(guò)臨界時(shí)的相位值不同，沒(méi)有重復(fù)性。

上述三種故障振動(dòng)特征見(jiàn)表1，圖1。

2 具體措施

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡方面

（1）旋轉(zhuǎn)機(jī)器轉(zhuǎn)子要定期檢修，保證介質(zhì)清潔，防止結(jié)垢和腐蝕。

（2）對(duì)于業(yè)主現(xiàn)場(chǎng)介質(zhì)帶液易造成腐蝕，或介質(zhì)臟，易造成結(jié)痂的轉(zhuǎn)子要定期除垢，進(jìn)行修復(fù)。

（3）由于安裝問(wèn)題轉(zhuǎn)子上零部件安裝錯(cuò)誤、或安裝松動(dòng)、零件漏裝的，按要求對(duì)位安裝轉(zhuǎn)子上的零部件，消除轉(zhuǎn)子上松動(dòng)的部件。

（4）解決轉(zhuǎn)子不平衡最核心最有效的方法是按技術(shù)要求對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡。消除超差的轉(zhuǎn)子不平衡量，從而預(yù)防轉(zhuǎn)子由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)造成的疲勞損壞。

2.2 轉(zhuǎn)子不對(duì)中方面

（1）對(duì)轉(zhuǎn)子冷態(tài)對(duì)中時(shí)，應(yīng)考慮到熱態(tài)不對(duì)中的變化量。包括熱膨脹量、介質(zhì)壓力對(duì)機(jī)組的影響。

（2）按技術(shù)要求調(diào)整軸系轉(zhuǎn)子對(duì)中量，重新對(duì)中。

（3）機(jī)組灌漿損壞、基座沉降不均勻?qū)е聶C(jī)組移位，基座底板銹蝕、損壞，檢查調(diào)整基礎(chǔ)沉降。

2.3 轉(zhuǎn)子彎曲方面

（1）對(duì)于長(zhǎng)期存放轉(zhuǎn)子要定期盤(pán)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子一定角度（通常為180°）。

（2）大型機(jī)組停車(chē)后要定時(shí)定角度盤(pán)車(chē)，持續(xù)、連續(xù)盤(pán)車(chē)至機(jī)組冷卻至室溫才可靜置轉(zhuǎn)子。

（3）直軸，是對(duì)轉(zhuǎn)子弓形彎曲的校直。

（4）按技術(shù)要求對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡。

3 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械裝備故障診斷終極目的是有效防治故障，確保機(jī)器健康。其一是除故障：探測(cè)原因，有的放矢，消除故障;其二是防發(fā)展：早期預(yù)警，防微杜漸，預(yù)防故障;其三是防發(fā)生：查明根源，根治維修，防止故障。因此，要確保離心式壓縮機(jī)能夠安全、平穩(wěn)、高效的運(yùn)行這就需要制定詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃，同時(shí)還需不斷更新學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)備優(yōu)化管理，方能提高離心式壓縮機(jī)的使用壽命，充分發(fā)揮設(shè)備的積極作用和意義。

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