(川氣東送天然氣管道有限公司,湖北武漢 430000)
離心式壓縮機具有單機容量大、結(jié)構(gòu)合理、運行可靠和占地面積小等優(yōu)點,在工業(yè)中有著不可替代的作用,在石油、化工行業(yè)占據(jù)著重要地位。在西氣東輸、川氣東送等天然氣長輸管道上,都需要使用離心式壓縮機進行增壓,壓縮機處于連續(xù)運行狀態(tài),隨著機組運行達到一定年限后,壓縮機組加速度探頭監(jiān)測值會出現(xiàn)某些轉(zhuǎn)速區(qū)間發(fā)生突變現(xiàn)象,離開共振區(qū)域后,加速度探頭監(jiān)測值恢復正常,此種現(xiàn)象側(cè)面反映出壓縮機組的整體運行情況不穩(wěn)定。在壓縮機運行中,殼體共振往往會造成機組本身嚴重的后果,輕則會縮短壓縮機運行時間、減少壓縮機運行壽命甚至裝置非計劃停工,造成非必要經(jīng)濟損失,重則壓縮機部件損壞或人身傷害事故而造成重大經(jīng)濟損失。因此分析研究壓縮機殼體出現(xiàn)共振原因并加以消除,是保證壓縮機正常運行的一項重要工作,對于壓縮機殼體共振點的判斷方法,我們對引起壓縮機振動和振動特性進行了討論,并在實際生產(chǎn)中反復對離心式壓縮機振動故障進行測量,通過對測量出的振動曲線和振動頻譜圖,對其進行綜合分析,找出共振點形成的原因。
某壓氣站的離心式壓縮機組成部分為電機、增速箱、壓縮機本體,電機為變頻電機,增速箱速比為4.55:1。該壓氣站某一臺壓縮機組電機運行轉(zhuǎn)速為1376 r/min,齒輪箱發(fā)出異響,對A機組主電機進行降速,主電機降速在1376 r/min至1366 r/min區(qū)間段,齒輪箱低速側(cè)加速度值變化明顯,同時,齒輪箱發(fā)出異響。于是將該機組降至最低轉(zhuǎn)速975 r/min,低速側(cè)加速度探頭值恢復正常,齒輪箱未發(fā)出無異響。通過降速過程中發(fā)現(xiàn),當主電機轉(zhuǎn)速為1366 r/min、1376 r/min這2個點時,齒輪箱低速側(cè)加速度值出現(xiàn)波動,齒輪箱發(fā)出異響,初步判斷主電機轉(zhuǎn)速為1366 r/min、1376 r/min這2個點時,主電機或壓縮機頻率與齒輪箱頻率發(fā)生了共振,導致齒輪箱加速度值出現(xiàn)波動。
為了再次驗證這一現(xiàn)象,將該機組主電機轉(zhuǎn)速提升至1366 r/min及1376 r/min,觀察齒輪箱振動及異響情況,主電機轉(zhuǎn)速在975~1365 r/min時機組運行正常,當提升至1366 r/min時低速側(cè)加速度值又出現(xiàn)波動,急劇變大,同時齒輪箱發(fā)出異響;當提升至1376 r/min時,低速側(cè)加速度值又出現(xiàn)波動,急劇變大,同時齒輪箱發(fā)出異響;繼續(xù)提升主電機轉(zhuǎn)速,在1377~1424 r/min時機組運行正常;當提升至1425 r/min時,低速側(cè)加速度值又出現(xiàn)波動,同時齒輪箱發(fā)出異響。
在加速度探頭頻譜圖,如圖1、2,高速軸嚙合頻率的X2/X3倍頻明顯,X2倍頻主導,且嚙合頻率X2倍頻附近存在高速軸轉(zhuǎn)頻X2倍頻邊帶,高速軸轉(zhuǎn)速在6264~6310 r/min,對應的低速軸轉(zhuǎn)速1377~1379 r/min,時,齒輪箱殼體振動較高,推測在6481 Hz左右可能是某個部件的某階共振頻率,當嚙合頻率的2倍頻接近該共振頻率后,即會導致加速度振動升高。
圖1
圖2
對于齒輪箱低速側(cè)加速度值在某個轉(zhuǎn)速區(qū)間出現(xiàn)突變的現(xiàn)象,我們從以下方面,對問題產(chǎn)生的原因進行分析:
(1) 轉(zhuǎn)速對軸振動影響不大,對殼體加速度振動影響明顯;
(2) 齒輪安裝存在對中不良,造成X2、X3倍嚙合頻率及邊帶明顯;
(3) 齒輪箱部件存在6481Hz左右的容易被激發(fā)的共振頻率,該部件可能是齒輪、轉(zhuǎn)子,也可能是齒輪箱箱體或其他部件的某階固頻;
(4) 加速度值波動范圍較大,可能與齒輪箱部件配合間隙較大有關。
針對加速度在某個轉(zhuǎn)速發(fā)生突變的情況,從以下5個方面內(nèi)容對齒輪箱低速側(cè)加速度值異常變化的問題進行排查:
(1) 拆卸聯(lián)軸器,檢查機組對中情況;
(2) 拆卸齒輪箱上蓋,測量齒輪箱齒面間隙,檢查齒面接觸及磨損情況;
(3) 測量齒輪箱軸承徑向和軸向間隙;
(4) 拆卸齒輪箱各軸承,檢查軸瓦磨損情況;
(5) 檢查齒輪箱各密封及擋油板,是否與軸有摩擦痕跡。
用三表法分別檢查電機端和壓縮機端聯(lián)軸器對中數(shù)據(jù),將對中工具安裝在電機主軸上,用百分表測齒輪箱低速軸偏移量,其中軸向兩表間距355 mm(廠家給的基準值為340 mm),同步轉(zhuǎn)動電機和齒輪箱主軸,每旋轉(zhuǎn)90°記錄一組數(shù)據(jù),最后將數(shù)據(jù)換算至廠家規(guī)定的基準值,將對中工具安裝在齒輪箱高速軸上,用百分表測壓縮機主軸偏移量,其中軸向兩表間距200 mm(廠家給的基準值為200 mm),同步轉(zhuǎn)動齒輪箱和壓縮機主軸,每旋轉(zhuǎn)90°記錄一組數(shù)據(jù),最后將數(shù)據(jù)換算至廠家規(guī)定的基準值下。原始打表數(shù)據(jù)如圖3所示。
將原始數(shù)據(jù)進行處理,并與廠家提供的標準值對比,如圖4所示,低速聯(lián)軸器對中數(shù)據(jù)結(jié)果軸向和圓周方向讀數(shù)均正常,均在廠家標準值范圍內(nèi),主電機與齒輪箱低速軸對中情況良好。
高速聯(lián)軸器對中數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5所示,除了軸向讀數(shù)左開口略有偏差外,其他讀數(shù)均正常,均在廠家標準值范圍內(nèi),壓縮機與齒輪箱高速軸對中情況良好。
綜上,機組對中情況良好,機組振動情況良好,可以排除造成齒輪箱加速度探頭跳變和內(nèi)部異響的原因是不對中引起的。
用2塊百分表分別打在小齒輪齒面垂直方向,在保持大齒輪不動的情況下輕輕盤動小齒輪,測量大小齒輪的齒面間隙,每間隔6~7齒測一個點,共測5個點,記錄數(shù)據(jù)見表1。
根據(jù)國內(nèi)部分廠家標準,該機組齒輪箱齒側(cè)間隙偏大,且圓周齒側(cè)間隙不均勻,有跳齒現(xiàn)象。
檢查大小齒輪外觀,未發(fā)現(xiàn)斷齒、撞擊、裂紋等現(xiàn)象,然后用印藍法檢測齒面接觸情況,小齒輪工作面接觸情況良好,根據(jù)廠家接觸標準,屬于B類接觸(可接受接觸)。大齒輪靠壓縮機側(cè)齒面工作面接觸情況良好,也屬于B類接觸,靠電機側(cè)齒面工作面未接觸,原因可能是機組運行時高速齒輪被推向壓縮機側(cè),使得人字形齒實際只有單側(cè)接觸。
圖3 對中原始打表數(shù)據(jù)
圖4 電機-齒輪箱軸對中數(shù)據(jù)表
圖5 壓縮機-齒輪箱軸對中數(shù)據(jù)表
表1 測量齒面間隙值 單位:mm
綜上,齒輪箱齒面間隙過大且存在跳齒現(xiàn)象可能造成機組運行時不穩(wěn)定,當這種不穩(wěn)定與軸承間隙偏大同時出現(xiàn)時,可能引起軸向或徑向諧振。
用抬軸法測量徑向軸承間隙,用2塊百分表打軸承兩側(cè)主軸上,另一塊百分表打軸承中間位置,然后抬軸直至中間百分表出現(xiàn)讀數(shù),然后取兩側(cè)百分表讀數(shù)平均值,減去中間百分表讀數(shù)和過盈量,測量多次求平均值即得徑向軸承間隙,測得各軸承間隙見表2。
綜上,齒輪箱各徑向軸承、止推軸承及壓縮機止推軸承的間隙均超出了廠家標準值范圍,查找上次測量值有增大趨勢,考慮機組長期運轉(zhuǎn)且未更換軸承,且現(xiàn)場無對軸瓦進行調(diào)整,可以更換新的軸承。
表2 各軸承間隙值 單位:mm
拆卸檢查齒輪箱各軸承,檢查上下瓦使用情況,高速軸電機側(cè)軸承下瓦嵌有部分硬質(zhì)顆粒,其余軸承均屬正常磨損,未發(fā)現(xiàn)明顯劃痕、毛刺及顆粒物。
檢查高速軸壓縮機端擋油板與主軸有摩擦痕跡,低速軸電機端油封及擋油板與主軸也有摩擦痕跡,由于檔油板為不銹鋼材質(zhì)且間隙較小,當機組運行時,軸浮動并偏向一側(cè),可能與檔板發(fā)生摩擦,此時如果主軸軸向位移和加速度波動較大,可能發(fā)出干摩擦的噪聲,經(jīng)調(diào)整擋油板與主軸間隙大小,齒輪箱運行時發(fā)出的異響消失。
本文結(jié)合現(xiàn)場檢查情況,判斷軸承間隙和齒側(cè)間隙過大可能是造成齒輪箱高低速軸加速度探頭跳變的主要原因,擋油板與主軸摩擦產(chǎn)生的噪聲是齒輪箱異響的來源。由于軸承間隙增大,其側(cè)間隙必然增大,當機組運行時主軸會偏向一側(cè),齒輪中心距增加,齒側(cè)間隙更大,這樣使得齒輪箱處于不穩(wěn)定運行狀態(tài),當出現(xiàn)喘振或調(diào)速時,可能出現(xiàn)軸向或徑向振動加速度增大的情況。