離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障機(jī)理、辨識(shí)與處理對(duì)策

劉金旭 齊晉茁 呂文浩

摘要：離心式壓縮機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著非常重要的作用，假如離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)了故障，那么就會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重的還可能會(huì)對(duì)企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失。本文對(duì)離心式壓縮機(jī)組振動(dòng)故障的產(chǎn)生機(jī)理、辨識(shí)以及處理策略展開(kāi)了分析與探討，希望能夠給同行業(yè)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī);振動(dòng)機(jī)理;故障辨識(shí)

0? 引言

離心式壓縮機(jī)是一種非常核心的設(shè)備，其運(yùn)行的安全與穩(wěn)定直接會(huì)對(duì)企業(yè)的效益產(chǎn)生影響。比如，乙烯裂解裝置生產(chǎn)運(yùn)行中，假如乙烯三機(jī)由于離心壓縮機(jī)故障出現(xiàn)非計(jì)劃停車(chē)狀況，那么可能給企業(yè)造成數(shù)百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)的損失。因此，在離心式壓縮機(jī)實(shí)際使用過(guò)程中，如何能夠快速的辨識(shí)出故障發(fā)生部位以及原因，并采取措施進(jìn)行防范和處理就成為了業(yè)界所關(guān)注的一個(gè)重要話(huà)題。

1? 轉(zhuǎn)子不平衡故障

1.1 發(fā)生的機(jī)理分析

離心式壓縮機(jī)是旋轉(zhuǎn)式機(jī)械設(shè)備，在其運(yùn)行中如果轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了不平衡，那么就會(huì)引起壓縮機(jī)振動(dòng)。這主要是由于下面幾種情況所導(dǎo)致的：①因?yàn)檗D(zhuǎn)子原材料以及生產(chǎn)工藝存在問(wèn)題，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子本身就存在不平衡;②在離心式壓縮機(jī)組運(yùn)行中，出現(xiàn)物料不均勻結(jié)垢或者是葉輪發(fā)生率磨損，就會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡;③壓縮機(jī)零部件發(fā)生損傷性脫落或者外部異物的進(jìn)入，引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡。

1.2 故障辨識(shí)

對(duì)于壓縮機(jī)振動(dòng)故障是不是由于轉(zhuǎn)子不平衡所引發(fā)的，故障人員可以運(yùn)用振動(dòng)頻譜圖以及時(shí)域波形圖來(lái)對(duì)其進(jìn)行辨識(shí)。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡故障發(fā)生的原因進(jìn)行分析能夠得知，如果轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，那么在其旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，離心力就產(chǎn)生一次響應(yīng)，即轉(zhuǎn)子不平衡的表征是振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子的基頻相等，也就是說(shuō)振動(dòng)頻率等同于轉(zhuǎn)速頻率。基頻成分的幅值明顯占據(jù)主導(dǎo)地位，這是判斷振動(dòng)是否由不平衡引起的最重要依據(jù)。

1.3 處理方式

對(duì)于轉(zhuǎn)子本身存在的原始不平衡故障，需要進(jìn)一步提升壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的合理性，選擇使用高性能的材料以及加工工藝來(lái)對(duì)誤差進(jìn)行控制。對(duì)于由結(jié)垢和腐蝕引發(fā)的不平衡故障，可以在設(shè)計(jì)中融入一些減緩結(jié)垢或者腐蝕的措施，比如可以采用涂層技術(shù)來(lái)防止離心式壓縮機(jī)葉片出現(xiàn)結(jié)垢。

2? 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障

2.1 發(fā)生的機(jī)理分析

在離心式壓縮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，轉(zhuǎn)子不對(duì)中也是其振動(dòng)故障發(fā)生較為常見(jiàn)的原因。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不對(duì)中的因素主要有設(shè)計(jì)方面因素、安裝因素以及檢修因素。即便離心式壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)子進(jìn)行了正確安裝，但是如果在其實(shí)際的使用過(guò)程中工作人員操作不當(dāng)或者壓縮機(jī)本身的負(fù)荷過(guò)高，那么都可能會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置發(fā)生一定的偏移，從而破壞其對(duì)中，引發(fā)不對(duì)中故障。

2.2 故障辨識(shí)

對(duì)于由轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障引發(fā)的振動(dòng)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)總結(jié)，能夠按照下面的方法來(lái)對(duì)故障進(jìn)行辨識(shí)：

①在振動(dòng)趨勢(shì)上，轉(zhuǎn)子不對(duì)中導(dǎo)致的振動(dòng)，其振幅會(huì)隨著轉(zhuǎn)子負(fù)荷的增加而上升。

②壓縮機(jī)振動(dòng)的頻率約為轉(zhuǎn)子頻率的2倍。

③轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障發(fā)生后，中心高相對(duì)低的軸承被架空，這時(shí)候其油膜穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生下降，所以這時(shí)候中心高相對(duì)低的軸承振幅比中心高相對(duì)高的軸承振動(dòng)要大。

2.3 處理方式

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了盡可能的避免轉(zhuǎn)子不對(duì)中引發(fā)的振動(dòng)故障，故障人員在對(duì)離心式壓縮機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮精準(zhǔn)對(duì)中的一些措施，比如在設(shè)計(jì)中設(shè)置定位凸臺(tái)。同時(shí)，故障人員在對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行安裝的過(guò)程中要嚴(yán)格按照生產(chǎn)廠商提供的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)施安裝;對(duì)冷態(tài)、熱態(tài)數(shù)據(jù)要進(jìn)行仔細(xì)的檢查以及校核;確保基礎(chǔ)沉降狀況的合理性。在運(yùn)行中，故障人員要對(duì)壓縮機(jī)軸承油膜壓力的變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如果油膜壓力出現(xiàn)升高趨勢(shì)，那么就表明軸頸外表面與下半軸承體內(nèi)表面之間的間隙有縮小的趨勢(shì);如果油膜壓力出現(xiàn)下降，那么就表明軸頸外表面與下半軸承體內(nèi)表面之間的間隙正在變大。故障人員發(fā)現(xiàn)這些信號(hào)之后，就要對(duì)壓縮機(jī)是否存在不對(duì)中故障進(jìn)行判斷，并選擇合適的措施進(jìn)行處理和解決。

3? 喘振故障

3.1 發(fā)生的機(jī)理分析

喘振是離心式運(yùn)行中非常常見(jiàn)也非常嚴(yán)重的一個(gè)問(wèn)題，喘振是由于壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)一步發(fā)展所導(dǎo)致的。在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，伴隨著其負(fù)荷的降低，進(jìn)氣流量趨于設(shè)計(jì)的邊界時(shí)，被壓縮的氣體會(huì)脫離葉輪或擴(kuò)壓器的流道表面，帶來(lái)顯著的沖擊損失。這樣不但會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)組的運(yùn)行效率出現(xiàn)下降，同時(shí)也會(huì)使壓縮機(jī)組的出口氣體壓力發(fā)生下降，導(dǎo)致管網(wǎng)中的氣流在壓力差作用下發(fā)生回流，最終導(dǎo)致壓縮機(jī)以及管道的劇烈振動(dòng)。管網(wǎng)系統(tǒng)本身的容積會(huì)對(duì)壓縮機(jī)喘振頻率以及振幅產(chǎn)生相應(yīng)的影響，比如，容積愈大那么內(nèi)部氣體積蓄的能量也就會(huì)愈高，其可以產(chǎn)生的振幅也就會(huì)愈大，但是這種情況下，喘振的頻率會(huì)發(fā)生下降。

3.2 故障辨識(shí)

離心式壓縮機(jī)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象時(shí)，主要表現(xiàn)為下面一些特征：①喘振的振動(dòng)頻率較低，一般為1-30Hz。②發(fā)生喘振時(shí)，進(jìn)氣端的流量與排氣端的壓力會(huì)產(chǎn)生較大的周期性脈動(dòng)。③管道中產(chǎn)生的噪音加劇，而且時(shí)高時(shí)低。④喘振時(shí)，殼體與軸承處的振幅均明顯變大，呈現(xiàn)周期性變化的特點(diǎn)。與其它振動(dòng)故障的主要區(qū)別為，喘振發(fā)生后會(huì)使軸向振動(dòng)更加明顯，軸位移明顯增大，推力軸承荷載增加。

3.3 處理方法

離心式壓縮機(jī)發(fā)生喘振如果無(wú)法及時(shí)進(jìn)行控制那么可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果，比如壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子在經(jīng)受交變應(yīng)力的作用下會(huì)發(fā)生斷裂;或者強(qiáng)烈的喘振過(guò)程中可能致使密封與軸承發(fā)生損毀，引發(fā)嚴(yán)重生產(chǎn)事故。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中要重視對(duì)喘振故障的預(yù)防和控制，具體措施如下：①在壓縮機(jī)本體設(shè)計(jì)時(shí)加寬穩(wěn)定操作范圍;②為離心式壓縮機(jī)組設(shè)置防喘振放空或回流旁路;③在壓縮機(jī)性能曲線(xiàn)上保留足夠的裕度來(lái)設(shè)置防喘振控制線(xiàn)。

當(dāng)喘振出現(xiàn)之后，通常不要立即停車(chē)，而是應(yīng)該立即將防喘振控制閥打開(kāi)，使入口流量在短時(shí)間內(nèi)快速上升，從而使喘振現(xiàn)象消失。在當(dāng)前的壓縮機(jī)中，自動(dòng)化、智能化技術(shù)的運(yùn)用，這一個(gè)過(guò)程通常是由系統(tǒng)自動(dòng)來(lái)控制實(shí)現(xiàn)的。之后工作人員要對(duì)引發(fā)喘振的運(yùn)用進(jìn)行分析，并采取措施進(jìn)行解決。但是如果喘振現(xiàn)象多次反復(fù)的出現(xiàn)，那么就需要停車(chē)檢查。

4? 離心式壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障預(yù)防和控制方法

4.1 合理的設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的質(zhì)量控制

設(shè)計(jì)是離心式壓縮機(jī)設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行的開(kāi)始，合理簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)是減少故障的必要前提。同時(shí)，要對(duì)關(guān)鍵零件進(jìn)行理論分析和模擬，保證合理足夠的設(shè)計(jì)余量。另一方面，因?yàn)閴嚎s機(jī)本身的精密性，對(duì)公差的控制非常嚴(yán)格，需要有足夠精度的加工設(shè)備來(lái)保證零件的精度。在保證零件質(zhì)量的同時(shí)還要保證裝配的質(zhì)量，這樣才能使壓縮機(jī)達(dá)到最好的狀態(tài)。

4.2 關(guān)鍵零件采用高科技產(chǎn)品

離心式壓縮機(jī)本身是化工生產(chǎn)的重要核心設(shè)備，很多壓縮機(jī)自身的關(guān)鍵零部件需要采用高科技的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的穩(wěn)定性，可靠性以及耐磨性都要好于一般的產(chǎn)品，只有這些產(chǎn)品自身是好產(chǎn)品，才會(huì)保障壓縮機(jī)的工作穩(wěn)定性和工作可靠性?，F(xiàn)如今，我國(guó)的新技術(shù)、新手段正在不斷的研制和開(kāi)發(fā)中，因此，對(duì)于關(guān)鍵零部件不要吝嗇，要采用最好的，從而保證壓縮機(jī)的正常工作。

4.3 定期進(jìn)行檢修

任何設(shè)備都要進(jìn)行定期的檢修，尤其像離心式壓縮機(jī)這樣的核心設(shè)備，定期檢修更是非常有必要。一般情況下，需要對(duì)離心式壓縮機(jī)的工作環(huán)境以及配套設(shè)備具體情況進(jìn)行有針對(duì)性的判斷和評(píng)估，制定有效的定期檢修周期，通常根據(jù)壓縮機(jī)的運(yùn)行情況，還需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行定期的保養(yǎng)。通過(guò)試驗(yàn)和調(diào)查，壓縮機(jī)部分構(gòu)件一般在使用一段時(shí)間之后，會(huì)逐漸劣化，若不及時(shí)更換，可能會(huì)導(dǎo)致軸承等部件受到損害，極大的威脅壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，因此，及時(shí)和定期的進(jìn)行壓縮機(jī)的檢修保養(yǎng)是保證其正常運(yùn)行的必要手段。

4.4 加強(qiáng)磨損部件的檢查

離心式壓縮機(jī)中，比如氣缸和活塞這些很容易出現(xiàn)磨損的零部件，需要加強(qiáng)它們的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)易磨損零部件出現(xiàn)問(wèn)題，那么就需要進(jìn)行更換或者進(jìn)行補(bǔ)救措施。一般情況下，易損件都會(huì)要求在固定的使用周期后進(jìn)行更換。近幾年來(lái)，我國(guó)在新型材料方面有了很大的進(jìn)步，對(duì)于離心式壓縮機(jī)中的一些易損件也采用了這些復(fù)合性的材料來(lái)替代傳統(tǒng)材料，不但工藝上更加的方便，而且功能方面也有長(zhǎng)足提升，使用壽命和更換周期也不斷增長(zhǎng)。由此，在關(guān)鍵部位采用一些新型的材料，可以有效降低磨損問(wèn)題的發(fā)生。

4.5 重視報(bào)警信號(hào)

離心式壓縮機(jī)組都是高壓帶電設(shè)備，安全性非常重要。目前市場(chǎng)上主流的壓縮機(jī)設(shè)備都配備有各種相關(guān)的保護(hù)措施，如電機(jī)保護(hù)、壓力保護(hù)、溫度保護(hù)等等。因?yàn)椴僮魅藛T的專(zhuān)業(yè)性不足或者不重視等原因，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)過(guò)很多工作人員忽略保護(hù)信號(hào)甚至重置設(shè)備保護(hù)信息的問(wèn)題。而往往是一些問(wèn)題沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排查之后，導(dǎo)致整個(gè)離心式壓縮機(jī)設(shè)備由一點(diǎn)小問(wèn)題產(chǎn)生了最后的大問(wèn)題，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致壓縮機(jī)直接損壞，引發(fā)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行甚至產(chǎn)生安全事故的情況。所以，發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)要及時(shí)記錄和反饋，認(rèn)真排查故障，保證壓縮機(jī)良好健康的運(yùn)行。

4.6 積極引入信息化維護(hù)手段

現(xiàn)如今，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入信息化的時(shí)代，任何設(shè)備的監(jiān)控都可以采用信息化的手段，尤其是壓縮機(jī)的維護(hù)手段，可以采用信息化的方式，對(duì)離心式壓縮機(jī)施行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，對(duì)于關(guān)鍵的零部件要加入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦壓縮機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題或者核心設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，那么相關(guān)系統(tǒng)就會(huì)立刻進(jìn)行警報(bào)并進(jìn)行記錄，幫助維護(hù)維修人員第一時(shí)間掌握壓縮機(jī)的工作情況，對(duì)于確保壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供最大的幫助。

5? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，離心式壓縮機(jī)組是當(dāng)前化工生產(chǎn)中非常重要的一種設(shè)備，如果其發(fā)生振動(dòng)故障那么可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)停機(jī)。因此，工作人員要從設(shè)計(jì)、材料、安裝、運(yùn)維等多方面采取措施來(lái)對(duì)壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障進(jìn)行防控，避免其出現(xiàn)計(jì)劃外停機(jī)狀況，保障企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益。

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