題離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與密封碰磨的故障診斷及特征研究

唐佳麗

摘 要：測試某工廠的離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子振動故障，通過分析在不同時刻以及不同轉(zhuǎn)速下的振動頻譜特征、時域特征以及啟動時以及在工作轉(zhuǎn)速之下的軸振變化趨勢，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與密封之間的碰磨是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子故障的主要因素。把轉(zhuǎn)子退出隔板密封之后，運(yùn)行無異常，且效果較為靈活，說明轉(zhuǎn)子故障原因判斷正確，因此積極對密封間隙進(jìn)行了調(diào)整，有效消除轉(zhuǎn)子的振動故障，機(jī)組的整體運(yùn)行效果良好且無異常。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子;密封碰磨;故障診斷;特征

1 振動特征及故障原因分析

為了尋找離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的故障原因，需要對該機(jī)組進(jìn)行振動頻譜分析，利用該機(jī)組所安裝的轉(zhuǎn)子振動位移測量渦流傳感器采集振動信號，將頻譜分析儀接入本特利 3500 的緩存輸出口，采集原始電壓信號，對原始電壓信號的波形進(jìn)行傅立葉變換，對構(gòu)成的波形頻譜圖進(jìn)行分析，判斷故障原因。

1.1振動特征

對啟動過程以及運(yùn)行過程中的軸振進(jìn)行分析，得到下列特征：第一，達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之后的轉(zhuǎn)子振動特征：在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之后的十三分鐘，振動的成分只包括工頻。而在軸振爬升發(fā)生七分鐘之后，振動成分依然只包括工頻。第二，軸振趨勢特征：電機(jī)的啟動速度較快，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速的時間也較少。能夠發(fā)現(xiàn)在加速的過程中，轉(zhuǎn)子在經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速的時候，軸振較為明顯，但是在短時間內(nèi)又恢復(fù)至正常值。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速的十三分鐘之后，軸振處于正常狀態(tài);接著軸振爬升，爬升六分鐘之后，離心壓縮機(jī)驅(qū)動端的軸振大于 100μm，最終機(jī)組振動達(dá)到連鎖停機(jī)值，機(jī)組停車。第三，加速過程的振動特征：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速之前軸振的時域及頻譜，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速經(jīng)過臨界轉(zhuǎn)速之前，主要的振動成為工頻，占通頻的百分之九十五左右，存在少部分的二倍頻。觀察軸振的視域，發(fā)現(xiàn)其存在輕微的削波狀況。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速即將到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速的時候，轉(zhuǎn)子振動顯著增大，工頻是主要的振動成分，振動為簡單的諧波。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速過臨界轉(zhuǎn)速之后，轉(zhuǎn)子振動明顯減小，工頻是主要的振動成分，存在較為明顯的二倍頻，此時軸振波峰出現(xiàn)明顯波動。

1.2故障原因初步分析

在轉(zhuǎn)子達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之后，工頻為主要的振動成分，說明振動極有可能是質(zhì)量平衡性不足而導(dǎo)致的，經(jīng)初步分析，造成質(zhì)量平衡性不足的原因包括：第一，運(yùn)行時轉(zhuǎn)子出現(xiàn)熱彎曲;第二，原始質(zhì)量平衡性不足;第三，原始軸彎曲。觀察振動的趨勢，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子在一開始的時候并無太大振動，說明原始軸彎曲以及原始質(zhì)量平衡性不足不是軸振的原因，通過對機(jī)組進(jìn)行檢查，也并未發(fā)現(xiàn)軸彎曲，工作人員也采取了低速動平衡措施，但是振動故障仍存在，表示原始軸彎曲以及原始質(zhì)量平衡性不足并非振動爬升的原因。為了確定軸振與工況的關(guān)系，在制定測試方案的時候，選擇將進(jìn)氣閥關(guān)閉，測試結(jié)果顯示，在啟動過程中以及試運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，工況無變化，所以將工況原因排除。最終認(rèn)為轉(zhuǎn)子和密封摩擦所造成的熱彎曲與軸振有密切關(guān)系，因?yàn)闊釓澢皇且粋€短期過程，因此在機(jī)組停機(jī)之后，轉(zhuǎn)子又會恢復(fù)至正常狀態(tài)。

2故障驗(yàn)證及其處理措施

2.1故障原因的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過分析在試運(yùn)轉(zhuǎn)時軸振的頻譜以及時域，按照相關(guān)轉(zhuǎn)子碰磨理論以及現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，判斷轉(zhuǎn)子與密封的碰磨是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動故障的主要因素。為了對此結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，將各級輪蓋密封、1、2 級密封級間密封、3、4 級級間密封以及段間密封去掉，開展試運(yùn)行。試運(yùn)行時間為 100 分鐘，在試運(yùn)行結(jié)束后，觀察機(jī)組在無密封試運(yùn)行時的軸振趨勢，發(fā)現(xiàn)在出氣方軸承周圍的軸振均 <25 微米;觀察在加速時的軸振頻譜，發(fā)現(xiàn)工頻是主要的振動成分，且存在較為明顯的三倍頻以及二倍頻。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之后的軸振頻譜中，工頻是主要的振動成分。在試運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子無振動爬升現(xiàn)象。由此確定了轉(zhuǎn)子與密封的碰磨是導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障的主要因素，在熱效應(yīng)的作用下，激發(fā)了第二階的不平衡分量，從而造成熱彎曲振動。出現(xiàn)碰磨是因?yàn)樵诓黄胶獾淖饔弥?，此離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子會出現(xiàn)一定程度的動撓度，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與密封出現(xiàn)摩擦，從而引發(fā)熱不平衡以及轉(zhuǎn)子熱彎曲失去穩(wěn)定性。

2.2 第一種故障處理措施

因?yàn)椴荒芨淖冝D(zhuǎn)子，因此選擇調(diào)整轉(zhuǎn)子的徑向間隙，一級以及三級葉輪和輪蓋密封之間的原始動靜間隙為 0.25 毫米至0.35 毫米，將其調(diào)整為 0.35 毫米至 0.50 毫米;二級以及四級葉輪和輪蓋密封之間的原始動靜間隙為 0.25 毫米至 0.35 毫米，將其調(diào)整為 0.4 毫米至 0.55 毫米。而一級、二級的級間密封、三級、四級的級間密封以及段間密封的動靜密封間隙調(diào)整至 0.25 毫米至 0.32 毫米。在修復(fù)密封之后，觀察機(jī)組在試運(yùn)行時的軸振趨勢，發(fā)現(xiàn)在出氣口軸承周圍的軸承 <20 微米，觀察加速時的軸承頻譜，發(fā)現(xiàn)工頻為主要的振動成分，且存在較為明顯的二倍頻。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速之后，觀察軸振頻譜，發(fā)現(xiàn)工頻是主要的振動成分。在試運(yùn)行之后，轉(zhuǎn)子無振動爬升現(xiàn)象，表示振動故障判斷正確，且處理效果較為良好。

結(jié)語

離心壓縮機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)時出現(xiàn)振動故障，經(jīng)測試，判斷故障是轉(zhuǎn)子與密封碰磨而致。為驗(yàn)證故障原因，將輪蓋密封以及隔板密封取出，之后機(jī)組的運(yùn)行效果以及運(yùn)轉(zhuǎn)狀況均較為良好，說明故障的原因診斷正確。在對機(jī)組的密封間隙進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整之后，轉(zhuǎn)子的故障得到消除，機(jī)組能夠正常運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及運(yùn)行效果均良好。

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（中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動機(jī)制造有限責(zé)任公司，上海 201308）