化工機械設備振動控制技術及其應用研究

韋澤達

（廣西河池市全江化工投資有限責任公司，廣西河池 546300）

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨，為一種基本無機化工流程?，F(xiàn)代化學工業(yè)中，氨是化肥工業(yè)和基本有機化工的主要原料。在合成氨裝置中，空壓機高壓缸為重要組成部分之一，其運行是否可靠決定了整個合成氨工藝流程能否順利完成。但由于各方面因素的影響，使和合成氨裝置的空壓機高壓缸產(chǎn)生振動，不僅影響正常生產(chǎn)，而且還有可能造成設備損壞，因此必須對其引起足夠重視，在明確振動產(chǎn)生原因的基礎上，探討行之有效的解決措施。

1 設備振動概況

某公司的合成氨系統(tǒng)高壓機高壓缸在很長一段時間以來都處在高振動狀態(tài)，并且振動還有逐年加劇的趨勢，以進氣端軸承處振動嚴重程度為最大，在裝置大修前，經(jīng)檢查，振幅的最大值可以達到66μm。同時，排氣端實際振動也伴隨進氣端的振動加劇而上升，其振幅的最大值為55μm。因機組振動超過50μm后會自動報警，所以長時間的高振動將對空壓機乃至整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行造成嚴重威脅?；诖?，必須有效解決振動隱患[1]。

2 設備振動產(chǎn)生原因

導致高壓機振動的原因有很多，包括裝配、平衡、松動、摩擦、對中和工藝方面的原因。通過對以上高壓缸長時間的檢修和分析，在實際工作中，應不斷縮減誘因的范圍，同時加強對下列幾個方面的分析和排查：

（1）轉(zhuǎn)子動平衡方面。根據(jù)停車前數(shù)據(jù)，在振動頻率分量當中，對于一倍頻分量，可以達到30μm，比其他分量高很多，說明轉(zhuǎn)子不平衡。然而，近幾年，為有效解決振動方面的問題，曾連續(xù)多次實施高速動平衡，而且都是在平衡達到合格以后才送回使用。在這種情況下，在運行過程中依然有動不平衡問題的原因為：①轉(zhuǎn)子容易結(jié)垢，每年的大修都可以發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子結(jié)垢，結(jié)垢程度和環(huán)境與換熱器及分離器運行效果有關，轉(zhuǎn)子結(jié)垢后將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡量；②轉(zhuǎn)子沖刷，因空氣中含有水分，所以會使轉(zhuǎn)子軸的表面與葉輪都受到一定程度的沖刷腐蝕作用，導致表面產(chǎn)生坑狀缺陷。另外，沖刷還會在運行周期中不斷累積，導致轉(zhuǎn)子的形狀變得不規(guī)則，產(chǎn)生不平衡量；③高速動平衡不夠徹底。通過以上分析可知，轉(zhuǎn)子動平衡過程不夠徹底和在運行時不斷產(chǎn)生和累積的不平衡量是導致轉(zhuǎn)子不平衡的主要原因，另外這一原因?qū)е略O備產(chǎn)生振動并不斷惡化[2]。

（2）軸承系統(tǒng)故障方面。對軸承系統(tǒng)而言，其故障振動現(xiàn)象相對較多，包括支撐系統(tǒng)發(fā)生松動、間隙不合與油膜渦動。對此，運行與檢修過程中實施了深入檢查和分析，得出了以下結(jié)果：①對可傾瓦塊的活動進行檢查，確認是否靈活，將檢查發(fā)現(xiàn)瓦面和瓦背都沒有顯著的磨損情況，瓦枕和軸承座之間的接觸良好，實際裝配情況滿足要求，軸承箱座沒有發(fā)現(xiàn)松動和下沉的現(xiàn)象；②對于軸承間隙，在每次大修中，裝復數(shù)據(jù)都能達到規(guī)程的要求，當發(fā)現(xiàn)間隙超差時，可通過對瓦塊的更換來使其達到合格，在下次大修檢查過程中，發(fā)現(xiàn)間隙值的增量保持在0.01～0.03mm范圍內(nèi)，是正常的磨耗，無異常產(chǎn)生；③在頻譜圖上沒有1/2倍頻分量，說明無油膜渦動。根據(jù)以上檢查結(jié)果可知，沒有發(fā)現(xiàn)典型故障，所以可排除振動是由軸承與其支撐系統(tǒng)造成的[3]。

（3）轉(zhuǎn)子軸頸與測振部位故障方面。日常檢修過程中，一般只在瓦塊支承寬度以內(nèi)對軸頸處徑向圓進行檢查，基本不會對測振帶進行檢查。在現(xiàn)行檢修規(guī)程當中，對于測振帶同樣未提出相應的檢查要求。該公司在每年的大修過程中發(fā)現(xiàn)，停車后，高壓缸轉(zhuǎn)子進氣端對應的徑向圓跳動參數(shù)在25～30μm范圍內(nèi)，而其他通常在8μm之內(nèi)。在排除了探頭的故障之后，檢查軸頸處，得出如表1所示的檢查結(jié)果。

表1 軸頸處檢查結(jié)果/mm

根據(jù)表1結(jié)果，軸瓦徑向圓跳動較為理想，與檢修規(guī)程提出的要求相符，但測振帶產(chǎn)生的機械跳動相對較大，特別是進氣端，可以達到20μm。如果考慮軸頸處自身電氣跳動量，則冷態(tài)盤車的跳動達到25～30μm就找到具體原因了[4]。

可見，在總高達66μm左右的高振動當中，25μm為固定值，是振動主要來源。如果可以將其去除掉，則高壓缸自身振動值會得到很大程度的降低，處在報警值之內(nèi)。

（4）其他方面的原因：①對中不良，由此產(chǎn)生的特征頻率屬于2倍頻，而根據(jù)頻譜圖可知，沒有發(fā)現(xiàn)顯著特征，并且在每年的大修工作中都對對中數(shù)據(jù)進行復查，和上一年的數(shù)據(jù)相差不大，與檢修規(guī)程提出的要求基本相符，所以可基本排除對中不良影響；②聯(lián)軸器故障，經(jīng)多次大修，對聯(lián)軸器而言，除每年進行拆卸發(fā)現(xiàn)一定量油垢，其他數(shù)據(jù)均合格，齒輪沒有明顯的磨損痕跡，且配合狀況良好，故也可基本排除這一方面的影響。

通過上述對不同方面原因的分析及排查，導致高壓缸產(chǎn)生較強振動的原因包括：測振帶機械和電氣跳動量相對較大，轉(zhuǎn)子運行時動不平衡，此外，因軟氣封結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的碰磨對振動的加劇也有一定貢獻[5]。

3 設備振動解決措施

根據(jù)上述對振動產(chǎn)生原因的分析，提出了下列改善措施：

（1）對于測振帶跳動方面的問題，通過和廠家之間的交流溝通，同時認為采用普通的滾壓措施無法取得顯著的效果，難以達到相關標準提出的要求。對此，引入“寶石刀頭擠壓拋光”新技術進行處理，使測振帶跳動總量不超過 6μm[6]。

（2）對于轉(zhuǎn)子動平衡方面的問題，采用下列措施進行改進：在高速動平衡開始前，清洗并認真檢測轉(zhuǎn)子，同時對包含主軸、葉輪和氣封齒等在內(nèi)的重要部分進行噴砂處理，以此去除頑固的污垢，使葉輪與主軸達到光潔；同時，在高速動平衡開始前，還應對轉(zhuǎn)子的沖刷及損傷處實施修復，及時發(fā)現(xiàn)和去除所有銹蝕點與高點，對于坑洼情況比較嚴重的部位，還應采用噴涂的方法進行修復[7]。在上述工作均已完成之后，安排專人到達廠家對整個動平衡過程進行監(jiān)督，以此達到相關技術要求。

（3）對于軟氣封方面的問題，為了使轉(zhuǎn)子修復完成后可以一次性有效降低振動，達到理想的整體效果，在一次大修工作中對全部軟氣封實施更換，同時在裝配與數(shù)據(jù)上實施了適當?shù)膬?yōu)化：①裝配間隙，在過去的檢修工作中，為了達到較好的效果，始終采用小間隙或者是微間隙的方法，將間隙嚴格控制在小于設計下限的狀態(tài)。而在本次大修過程中，按照圖樣的要求進行修刮，同時充分考慮轉(zhuǎn)子和缸體偏心，進行相應的配刮；②通過對軟氣封的更換，使轉(zhuǎn)子的竄動量始終達到要求，使總竄動不低于5.4mm[8]。

（4）對于空氣介質(zhì)過臟導致轉(zhuǎn)子結(jié)垢的實際問題，考慮通過改進換熱器和分離器運行效果來改進處理，但是該方法的論證和實施周期都較長，所以在較短的時間范圍內(nèi)無法起到作用[9]。

4 實施效果分析

在采用上述措施完成改進處理后，整個機組在達到要求的轉(zhuǎn)速以后，進氣端沿X/Y向產(chǎn)生的振動分別為14.4μm和13.1μm，排氣端沿X/Y的振動分別為7.0μm和8.4μm。由此可以看出，振動明顯下降，以上措施起到了良好作用，驗證了上述分析結(jié)果及改進措施的有效性。所積累的經(jīng)驗可以為情況類似的機組設備提供參考借鑒，不斷提高設備的振動控制水平，從根本上解決機組振動的問題。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過長時間的努力和實踐，對于合成氨系統(tǒng)高壓機高壓缸進行了振動故障專門工作，在排查所有可能導致振動產(chǎn)生的原因基礎上，確定了導致振動產(chǎn)生的主要原因，即測振帶機械和電氣跳動量相對較大，轉(zhuǎn)子運行時動不平衡，并提出了有針對性的解決措施，最后通過實踐得出改進措施的應用使進氣端沿X/Y向產(chǎn)生的振動分別降至14.4μm和13.1μm，排氣端沿X/Y的振動分別降至7.0μm和8.4μm，所用改進措施合理可行的結(jié)論。