大型離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障診斷與處理分析

程鵬達(dá)

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

大型離心壓縮機(jī)組是一種十分重要的動(dòng)力設(shè)備類(lèi)型，體積大、重量沉、構(gòu)造復(fù)雜、投產(chǎn)時(shí)間相對(duì)較早、作業(yè)工況波動(dòng)性較大等均是其主要特征，增加了其投用階段相關(guān)故障問(wèn)題的發(fā)生率，特別是振動(dòng)故障。

圖1是DA1000壓縮機(jī)組的構(gòu)成圖。所有軸承均應(yīng)用L-TSA32器油進(jìn)行潤(rùn)滑，壓縮機(jī)額定流量、轉(zhuǎn)速、工作電壓比分別是1100m/min、5430r/min、5.5。

圖1 DA1000壓縮機(jī)組的構(gòu)成圖

1 離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障

1.1 離心壓縮機(jī)

（1）主電機(jī)形成較大振動(dòng)，把振動(dòng)傳送給離心壓縮機(jī)，進(jìn)而造成壓縮機(jī)出現(xiàn)較大振動(dòng)。（2）壓縮機(jī)自身的精準(zhǔn)性遭受不同程度的損害。（3）機(jī)器中出現(xiàn)了共振現(xiàn)象。當(dāng)設(shè)備即將抵達(dá)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，設(shè)備的振動(dòng)幅度明顯增加，進(jìn)而引起共振現(xiàn)象。此外，若設(shè)備內(nèi)部分零部件的振動(dòng)頻率抵達(dá)倍數(shù)關(guān)系時(shí)，則也會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象。（4）壓縮機(jī)在喘振區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)出口便會(huì)形成一定壓力，在這樣的工況下，振動(dòng)幅度顯著增加，以致離心機(jī)出現(xiàn)較大振動(dòng)現(xiàn)象。（5）若轉(zhuǎn)子及定子的同心度準(zhǔn)許偏差超出限定值時(shí)，也會(huì)引發(fā)振動(dòng)問(wèn)題。

1.2 轉(zhuǎn)子類(lèi)故障

轉(zhuǎn)子是壓縮機(jī)中內(nèi)置轉(zhuǎn)子，其隸屬于制作工藝的轉(zhuǎn)子范疇，不管是在材料還是其他方面，均會(huì)引起各種振動(dòng)故障。且在離心壓縮機(jī)內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)階段，轉(zhuǎn)子不可能始終能維持平衡狀態(tài)，因此會(huì)造成轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不同程度而定偏差，也可能會(huì)造成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心出現(xiàn)不同程度的誤差，發(fā)生以上這種情況，會(huì)造成在離心力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)效率降低，造成轉(zhuǎn)軸上轉(zhuǎn)子出現(xiàn)晃動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致壓縮機(jī)出現(xiàn)大幅度振動(dòng)問(wèn)題。

2 振動(dòng)故障的診斷

2.1 振動(dòng)測(cè)量

采集振動(dòng)數(shù)據(jù)是診斷故障問(wèn)題的基礎(chǔ)。將加速度傳感器（ICP型）逐一安裝在壓縮機(jī)、變速箱、軸向及電機(jī)外殼等位置，信號(hào)帶寬＞2.5kHz；數(shù)據(jù)采集分析儀采集、分析振動(dòng)信號(hào)。OROS38的16/32輸入通道最大值24Bit A/D，動(dòng)態(tài)范疇120dB，并行采樣率102.4kHz，信號(hào)、實(shí)時(shí)分析帶寬分別40kHz、20kHz，加速度傳感器能精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)到總量與差異化頻率下的振動(dòng)值。參照振動(dòng)烈度有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)備設(shè)計(jì)要求，設(shè)定OROS38采樣率2Hz，振動(dòng)信號(hào)寬帶范圍5～800Hz。

2.2 振動(dòng)現(xiàn)象分析與診斷

要求本機(jī)組軸承的振動(dòng)值≤4.3mm/s，參照機(jī)組的特性、設(shè)計(jì)使用壽命及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀，適度拓寬限值。已知電機(jī)、壓縮機(jī)軸承振動(dòng)的基頻分別是50Hz、90Hz，利用螺栓連接電機(jī)與壓縮機(jī)軸承座及底板。

監(jiān)測(cè)了電機(jī)直接啟動(dòng)、壓縮機(jī)節(jié)流啟動(dòng)下，機(jī)組啟動(dòng)與變載運(yùn)轉(zhuǎn)情況，見(jiàn)圖2、圖3。觀察圖2內(nèi)，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增加，其前軸向振動(dòng)總量也隨之增長(zhǎng)，振動(dòng)值在較短時(shí)間內(nèi)便超出了限定值限制值；隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，振動(dòng)總量由20mm/s增長(zhǎng)到約23.7mm/s。觀察圖3，可以初步推測(cè)基頻是振動(dòng)現(xiàn)象的高發(fā)位置，且有2倍頻等高頻信號(hào)相伴隨。觀察分析電機(jī)、變速箱各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)總量變化的曲線圖，發(fā)現(xiàn)其振動(dòng)總量沒(méi)有出現(xiàn)明顯波動(dòng)，振動(dòng)最高值＜4.3mm/s，運(yùn)行狀態(tài)較平穩(wěn)，能較好的滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)要求。

圖2 各檢測(cè)點(diǎn)振動(dòng)總量伴隨時(shí)間的變化曲線

圖3 全流量運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓縮機(jī)各位置的振動(dòng)分量

結(jié)合圖2、圖3，發(fā)現(xiàn)在全流量運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，軸承的軸向及水平振動(dòng)均有增加趨勢(shì)，特別是后者始終持續(xù)增加到嚴(yán)重超標(biāo)，頻譜的豐富度處于較高水平上，形成了基頻與高倍頻，軸承溫度持續(xù)升高，電機(jī)與齒輪箱均沒(méi)有出現(xiàn)異常振動(dòng)。結(jié)合壓縮機(jī)振動(dòng)特性分析結(jié)果，可以初步認(rèn)定壓縮機(jī)與變速箱存在著熱不對(duì)中的狀況。

雖然齒輪箱的振動(dòng)值不是很高，但在啟動(dòng)環(huán)節(jié)中形成了異常的撞擊聲，現(xiàn)場(chǎng)檢查后發(fā)現(xiàn)大、小齒接觸面均出現(xiàn)了無(wú)規(guī)則的擠壓印痕。結(jié)合既往實(shí)踐中總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，如果兩個(gè)軸承的中心線出現(xiàn)偏移、傾角、錯(cuò)位等問(wèn)題時(shí)，會(huì)造成嚙合間隙和設(shè)計(jì)要求之間出現(xiàn)較大出入；當(dāng)齒輪箱進(jìn)到或脫離嚙合時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生一定嚙合沖擊力，進(jìn)而誘導(dǎo)嚙合頻率及其各次諧波幅值出現(xiàn)明顯波動(dòng)，據(jù)此可以斷定齒輪箱大、小軸在安裝時(shí)存在一定誤差；軸承上壓蓋到底座的振動(dòng)值有持續(xù)增加的趨勢(shì)，并且軸承水平與軸向振動(dòng)檢測(cè)值均處于較高水平上，可以斷定軸承存在著剛度弱化或者預(yù)緊不夠的情況。

在停機(jī)但能維持部件處于熱態(tài)的工況下，檢測(cè)對(duì)中狀況與變速箱兩軸之間形成的嚙合間隙，探查到機(jī)組的同軸度和設(shè)計(jì)要求之間形成很大的出入，變速箱的安裝情況也和設(shè)計(jì)要求存在較大偏差，壓縮機(jī)軸瓦持有的預(yù)緊力顯著不足。

分析了水平方向電機(jī)軸承在負(fù)荷狀態(tài)下的振動(dòng)情況，觀察振動(dòng)波形，發(fā)現(xiàn)電機(jī)軸承波形和正弦波有較高的相似度，一倍頻是主要的振動(dòng)頻率，并且水平、垂直方向的振動(dòng)有效值分別是4.39mm/s、3.42mm/s，由此可以認(rèn)為電機(jī)轉(zhuǎn)子力失衡也是引起振動(dòng)問(wèn)題的主要因素之一。

3 處理方法

（1）開(kāi)蓋后，檢測(cè)變速箱在加載運(yùn)行工況下的安裝參數(shù)，依照現(xiàn)行規(guī)范及時(shí)檢修不符合項(xiàng)，盡早解除異常運(yùn)行狀況，調(diào)試運(yùn)行，解除以上因素形成的不良影響。

（2）在機(jī)組再次運(yùn)轉(zhuǎn)停機(jī)后的熱態(tài)工況下檢測(cè)同軸度指標(biāo)，確定了時(shí)機(jī)的熱變形量，通過(guò)在設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試機(jī)組狀態(tài)，兼顧其啟動(dòng)與全載運(yùn)行工況下機(jī)組振動(dòng)過(guò)程的穩(wěn)定性，確定了最優(yōu)的熱不對(duì)中糾正補(bǔ)償量，并采用了相應(yīng)的調(diào)節(jié)與檢測(cè)調(diào)試運(yùn)行方法。另外，在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)葉輪上吸附了約3mm的結(jié)膠樹(shù)脂時(shí)，也可能會(huì)造成壓縮機(jī)設(shè)備出現(xiàn)較大的振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)而造成壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)子出現(xiàn)失衡，使壓縮機(jī)出現(xiàn)較大的振動(dòng)故障。針對(duì)以上情況，可以規(guī)范的拆卸掉葉輪并認(rèn)真清理雜質(zhì)，而后在安裝時(shí)，應(yīng)關(guān)注一些零部件的磨損情況，應(yīng)及時(shí)調(diào)換新件。

（3）把壓縮機(jī)組前軸承預(yù)緊力調(diào)整到設(shè)計(jì)要求范疇的上限值，明顯增加了加底座緊固螺栓的約束能力。

（4）對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)力平衡修復(fù)，借此方式使其不平衡量均符合圖紙要求。定期指派技術(shù)人員清洗、干燥、浸漆、干燥處理電機(jī)定子，做好電機(jī)軸瓦等位置性能檢查工作。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)落實(shí)以上處理方法后，機(jī)組單機(jī)進(jìn)行調(diào)試后，在以上整個(gè)過(guò)程中，各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)在總量均能維持基本穩(wěn)定。壓縮機(jī)前、后軸向測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)總量分別減少10.2mm/s、13.5mm/s，能確保運(yùn)行過(guò)程的相對(duì)穩(wěn)定性，在數(shù)次機(jī)械磨合運(yùn)轉(zhuǎn)后，壓縮機(jī)組內(nèi)各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值均被控制在限定值中，變速箱振動(dòng)異常聲消除，復(fù)原值良好的接觸面狀態(tài)。機(jī)組歷經(jīng)單機(jī)加載到滿(mǎn)載調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)、多機(jī)聯(lián)合調(diào)試運(yùn)轉(zhuǎn)，最后將其投入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，觀察到其運(yùn)行狀態(tài)良好。