離心式壓縮機(jī)振動故障現(xiàn)象分析以及處理

王凱　韓少帥

摘 要：離心式壓縮機(jī)在日常運(yùn)行中出現(xiàn)故障多是由于機(jī)組振動而引起的機(jī)械故障，機(jī)組振動常見的有縮短壓縮機(jī)運(yùn)行時間、減少壓縮機(jī)運(yùn)行壽命甚至裝置停止，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。 由于壓縮機(jī)故障日常損害嚴(yán)重，容易造成重大的經(jīng)濟(jì)損失，筆者就日常工作中如何避免減少故障簡單闡述如下。

關(guān)鍵詞：葉片斷裂;低頻振動;改變意識;旋轉(zhuǎn)速度

離心式壓縮機(jī)是大型生產(chǎn)企業(yè)的主要動力設(shè)備，通常具有很大的轉(zhuǎn)速、流量大、連續(xù)工作、作業(yè)量大等特點，在日常作業(yè)生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用，它的運(yùn)行情況直接關(guān)系到整個企業(yè)的工作效率以及利潤，一旦出現(xiàn)機(jī)器故障，就會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

于是，對于離心壓縮機(jī)的定時監(jiān)測和維護(hù)就尤為重要，它不僅僅可以及時發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的故障苗頭，還能及時避免惡性事故的發(fā)生，從根本上解決目前設(shè)備定期維護(hù)過程中“失修”“過修”的問題。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對生產(chǎn)需求的加大導(dǎo)致了需要更多的離心式壓縮設(shè)備，以來確保生產(chǎn)生活的需要。

一、離心式壓縮機(jī)工作原理

離心式壓縮機(jī)用于壓縮氣體的主要部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和通流面積逐漸增加的擴(kuò)壓器。簡而言之，離心式壓縮機(jī)的工作原理是通過葉輪對氣體作功，在葉輪和擴(kuò)壓器的流道內(nèi)，利用離心升壓作用和降速擴(kuò)壓作用，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為氣體的壓力能的。

更通俗地說，氣體在流過離心式壓縮機(jī)的葉輪時，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪使氣體在離心力的作用下，一方面壓力有所提高，另一方面速度也極大增加，即離心式壓縮機(jī)通過葉輪首先將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的靜壓能和動能。此后，氣體在流經(jīng)擴(kuò)壓器的通道時，流道截面逐漸增大，前面的氣體分子流速降低，后面的氣體分子不斷涌流向前，使氣體的絕大部分動能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，也就是進(jìn)一步起到增壓的作用。顯然，葉輪對氣體做功是氣體得以升高壓力的根本原因，而葉輪在單位時間內(nèi)對單位質(zhì)量氣體作功的多少是與葉輪外緣的圓周速度密切相關(guān)的，圓周速度越大，葉輪對氣體所作的功就越大。

優(yōu)點：

離心式壓縮機(jī)之所以能獲得這樣廣泛的應(yīng)用，主要是比活塞式壓縮機(jī)有以下一些優(yōu)點。

（一）離心式壓縮機(jī)的氣量大，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，機(jī)組尺寸小，占地面積小。

（二）運(yùn)轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運(yùn)轉(zhuǎn)率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護(hù)費(fèi)用及人員少。

（三）在化工流程中，離心式壓縮機(jī)對化工介質(zhì)可以做到絕對無油的壓縮過程。

（四）離心式壓縮機(jī)為一種回轉(zhuǎn)運(yùn)動的機(jī)器，它適宜于工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接拖動。對一般大型化工廠，常用副產(chǎn)蒸汽驅(qū)動工業(yè)汽輪機(jī)作動力，為熱能綜合利用提供了可能。但是，離心式壓縮機(jī)也還存在一些缺點。

缺點：

（五）離心式壓縮機(jī)還不適用于氣量太小及壓比過高的場合。

（六）離心式壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄，其氣量調(diào)節(jié)雖較方便，但經(jīng)濟(jì)性較差。

（七）離心式壓縮機(jī)效率一般比活塞式壓縮機(jī)低。

我國在五十年代已能制造離心式壓縮機(jī)，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進(jìn)了一系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機(jī)，取得了豐富的使用經(jīng)驗，并在對引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收的基礎(chǔ)上大大增強(qiáng)了自己的研究、設(shè)計和制造能力。

二、離心式壓縮機(jī)故障

離心式壓縮機(jī)主要是通過旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)來完成，在旋轉(zhuǎn)的過程中，旋轉(zhuǎn)的葉輪中，流體被加速，在后續(xù)的擴(kuò)壓器中，流體的速度轉(zhuǎn)換成壓力，從而實現(xiàn)氣體被壓縮的目的。在氣體被壓縮的過程中，葉輪給氣體作用力，反過來，氣體給轉(zhuǎn)子的作用力，這種作用力往往導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的振動，這種振動積累到一定的程度，就形成了振動故障，筆者在工作中簡單總結(jié)出以下幾種故障。

（一）強(qiáng)迫振動

壓縮機(jī)振動可以稱之為被強(qiáng)迫式振動，主要原因是壓縮機(jī)本體受到周期相同的振動而產(chǎn)生的作用。這種振動頻率在一定情況下會影響機(jī)器的工作，長期振動消耗壓縮機(jī)的大量能量，使得壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子始終保持不間斷的等幅度振動，這種振動主要來源于能量補(bǔ)償壓縮機(jī)所消耗的能量。這種消耗主要來自軸承油膜的阻尼作用。如果外界輸入給轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的能量都能夠被軸承的阻尼所消耗，這種轉(zhuǎn)子本身是比較穩(wěn)定的，強(qiáng)迫振動始終要保持一定的幅度。如果在一定情況下，外界輸入給轉(zhuǎn)子的能量大于軸所承受的消耗的能量，那么轉(zhuǎn)子從外界獲得的能量將會被積累在一塊，從而使得振動越來越大，最后發(fā)散出去，這種現(xiàn)象造成轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的不穩(wěn)定，該振動反過來進(jìn)而影響激振力。這種外激勵力的主要來源由壓縮轉(zhuǎn)子同他相連的壓縮轉(zhuǎn)子或者汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子有聯(lián)軸器不對中、轉(zhuǎn)子本身可能存在的殘余不平衡量或者壓縮機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)質(zhì)量不平衡、轉(zhuǎn)子的靜摩擦、壓縮機(jī)內(nèi)部尤其是轉(zhuǎn)子上的零部件松動或者轉(zhuǎn)子和軸承不見導(dǎo)致的非線性振動等。由于強(qiáng)迫振動是由于外界擾動力引起的，所以其特征頻率總是等于擾動力的頻率。

（二）自激振動

自激振動 self-excited oscillation 由靜能源的能量產(chǎn)生的持續(xù)而穩(wěn)定的周期振動。在振幅小的期間，振動能量可平均地得到補(bǔ)充;在振幅增大期間，耗散的能量組成，被包含在振動系統(tǒng)中，此時補(bǔ)充的能量與耗散的能量達(dá)到平衡而接近一定振幅的振動。心臟的搏動、顫抖、性周期等一些在生物中所看到的周期現(xiàn)象，有許多是自激振動。

自激振動的特點是一旦交變力消失，自激振動也就自然停止了，自激振動的頻率與外在激勵頻率無關(guān)。通常的自己振動會激起轉(zhuǎn)子本身的低價模態(tài)，也就是說這種振動頻率取決于轉(zhuǎn)子本身的特性，壓縮機(jī)常見的自激振動現(xiàn)象有油膜渦動和油膜振動一起的振動。這種振動原理是由于轉(zhuǎn)動與軸承之間間隙中的潤滑油流動性導(dǎo)致轉(zhuǎn)子周邊的流體壓力不均勻分布。這種不均勻分布導(dǎo)致了一個不保守力，這種力量給轉(zhuǎn)子輸出能量。產(chǎn)生不均勻的壓力分布，這種分布對轉(zhuǎn)子的振動是非常有害的，短時間內(nèi)就會對壓縮機(jī)造成嚴(yán)重的破壞。

（三）強(qiáng)迫振動

強(qiáng)迫振動是由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子故障這里可以稱為非定常強(qiáng)迫振動。這種振動的產(chǎn)生是外來的干擾動力下導(dǎo)致的。同強(qiáng)迫振動一樣，外在的擾動力的頻率決定了離心力的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的振動頻率振動本身的幅度大小值與相位也影響外來擾動力的幅度大小與相位。反過來，彎曲振動幅值和相位的變化又影響到熱變形的部位，有可能使得轉(zhuǎn)子的熱變形重新分布，從而使得該振動不斷的發(fā)生變化。

三、低頻振動的分析

低頻振動一般是指激勵頻率低于基頻振動，通常有油膜振蕩、氣流振蕩和紋裂轉(zhuǎn)子等幾類。

目前大型的轉(zhuǎn)子低頻主要來源與氣流的激振，它是一種自激振動，轉(zhuǎn)子由于內(nèi)部機(jī)制觸發(fā)了振動的產(chǎn)生，將轉(zhuǎn)子一部分能量轉(zhuǎn)化為橫向振動的能量，維持轉(zhuǎn)子的不斷振動的力來自于運(yùn)動本身，并且這種力量又會加劇轉(zhuǎn)子的振動，因此氣流自激振動是一種突然發(fā)生，并且會快速增加危害性極大的現(xiàn)象，需要引起人們的高度重視。

消除或者減少轉(zhuǎn)子氣流激振的措施一般從增大系統(tǒng)阻尼和減少氣流激振這兩個方面入手。增加氣流激振力的方法有適當(dāng)?shù)脑龃笕~頂間隙，減少軸向間隙，調(diào)整轉(zhuǎn)子在剛體中的位置使圓周方向間隙盡量均勻等。

四、其他故障分析

（一）聯(lián)軸器以及中心

電動機(jī)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動之間采用膜片聯(lián)軸器，膜片聯(lián)軸器對于軸器對于軸系中心不正具有較強(qiáng)的補(bǔ)償能力。從振動頻譜來看，振動的主要頻率為工頻成分，根據(jù)振動理論，如果對中不良，工振動會較大，甚至?xí)^工頻振幅值，這樣就會造成嚴(yán)重影響。

（二）軸承油膜

關(guān)于軸承油膜振蕩，根據(jù)振動理論，油膜的振動頻率約為工頻的一半，那么在一半的工頻中振幅比較大，但頻譜圖在工頻處的振幅值變化比較大，因此可以排除軸承油膜是失穩(wěn)等故障。

（三）平衡的狀況

機(jī)組開始運(yùn)行時振動比較小，說明壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子出廠時動平衡狀況良好。運(yùn)行一段時間后工頻分量振動逐漸增大，這說明轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了彎曲或者在轉(zhuǎn)子上有可能產(chǎn)生了與不平衡相類似的新激振力。

（四）軸承磨損

由振動理論可知，如果軸承磨損，將會使轉(zhuǎn)子發(fā)生變化，在激振力不大時，也會產(chǎn)生比較大的工振動。因此在不能排除轉(zhuǎn)子運(yùn)行一段時間后振動逐漸增大，這種缺陷逐漸產(chǎn)生。

（五）動、靜摩擦

從振動的規(guī)律上分析，機(jī)組的振動異常很大程度上都是由于摩擦引起的。動、靜的相互碰撞，轉(zhuǎn)子上受到一個大的沖擊作用，將會使得壓縮機(jī)產(chǎn)生異常的振動，同時在大的沖擊下，也可能導(dǎo)致振動后的變化，從而產(chǎn)生大的差異，造成一定的軸承損失。

五、處理方案

（一）在使用機(jī)器前，嚴(yán)格按照離心壓縮機(jī)操作要求進(jìn)行開關(guān)機(jī)。

（二）做好機(jī)件檢查工作。主要的機(jī)器部件定期做檢查，如果發(fā)現(xiàn)有磨損或者有彎曲發(fā)生，及時做好更替工作，在檢查過程中做好記錄，以便及時全面的掌握機(jī)器運(yùn)行情況。

（三）拆開后端蓋，導(dǎo)向葉片、入口錐形體，檢查裝配技術(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備部件發(fā)生了磨損。磨損部分及時的對其進(jìn)行修復(fù)。

總之，隨著我國現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展，離心式壓縮機(jī)需要每年數(shù)量不斷增加，如何更好的做好離心式壓縮機(jī)管理工作，讓其在正常工作時間內(nèi)能正常運(yùn)行，已成為現(xiàn)代企業(yè)設(shè)備管理的重要目標(biāo)之一。在壓縮機(jī)日常管理過程中就要通過對壓縮機(jī)的在線控制，出現(xiàn)小的故障及時排除，以便于在此故障產(chǎn)生較大的破壞之前，及時調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或有計劃地進(jìn)行對其進(jìn)行停機(jī)檢修。對壓縮機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，盡早識別出比較小的事故，并監(jiān)測其故障的發(fā)展趨勢，以便于在此故障產(chǎn)生較大破壞之前，及時調(diào)整運(yùn)行參數(shù)或者有計劃對對其進(jìn)行檢修。所以，在使用過程中及時對監(jiān)測及時故障診斷的研究，具有非常重要的意義。

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作者信息：王凱 （1991.2—），男，籍貫：洛陽 學(xué)歷：大專 現(xiàn)在工作單位： 河南省中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司 ，研究方向：? 化工機(jī)械。