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

張博強(qiáng)

摘 要：為實(shí)現(xiàn)離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障的有效消除，文章特對(duì)離心機(jī)組的主要振動(dòng)故障及其處理進(jìn)行了分析。文章首先對(duì)離心壓縮機(jī)組進(jìn)行概述;然后分析了離心壓縮機(jī)組運(yùn)行中的主要振動(dòng)故障機(jī)理;接下來對(duì)其振動(dòng)故障的辨識(shí)進(jìn)行分析;再將上述分析作為基礎(chǔ)，提出了機(jī)組振動(dòng)故障的處理措施;最后提出了幾項(xiàng)主要的震動(dòng)防控措施。希望通過研究與分析，可以為離心壓縮機(jī)組的震動(dòng)故障消除及其運(yùn)行效果保障提供科學(xué)參考。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)組;振動(dòng)故障;故障機(jī)理;故障識(shí)別;故障處理

中圖分類號(hào)： TH456? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）04-0063-03

0 引言

在離心壓縮機(jī)組的具體應(yīng)用中，振動(dòng)故障是一種比較常見的故障形式，如果此類故障得不到有效處理，便會(huì)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量造成不良影響，甚至?xí)尮I(yè)生產(chǎn)企業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)損失。因此，相關(guān)企業(yè)和運(yùn)維技術(shù)人員一定要加強(qiáng)離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障的分析，明確其故障機(jī)理與識(shí)別方法，并通過合理的措施來進(jìn)行故障處理。同時(shí)也應(yīng)該做好平時(shí)的故障防控工作。通過這樣的方式，才可以讓離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障得到有效防治，盡最大限度確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 離心壓縮機(jī)組概述

離心壓縮機(jī)組的主要組成部分包括定子、轉(zhuǎn)子和軸承等。其中，轉(zhuǎn)子是由葉輪等部件套在主軸上所組成，借助于動(dòng)力機(jī)所施加的驅(qū)動(dòng)作用，轉(zhuǎn)子會(huì)在軸承上高速旋轉(zhuǎn)[1]。在當(dāng)今，離心壓縮機(jī)組已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，并在空氣、混合氣體以及各種工藝氣體輸送中發(fā)揮出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但是在離心壓縮機(jī)組的具體應(yīng)用中，振動(dòng)故障是一項(xiàng)需要重點(diǎn)關(guān)注和處理的內(nèi)容，只有做好振動(dòng)故障的處理，才可以有效確保離心壓縮機(jī)組的應(yīng)用效果，滿足其實(shí)際應(yīng)用需求。

2 離心壓縮機(jī)組主要振動(dòng)故障機(jī)理分析

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障機(jī)理

由于離心壓縮機(jī)組屬于旋轉(zhuǎn)型機(jī)械設(shè)備，所以在此類機(jī)組的運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象，便會(huì)引發(fā)機(jī)組的振動(dòng)故障。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象，其主要機(jī)理包括以下幾個(gè)方面：第一，如果離心壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)子的材質(zhì)及其生產(chǎn)工藝不佳，便會(huì)使其自身存在不平衡問題，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)故障。第二，在離心壓縮機(jī)組的具體運(yùn)行中，如果因物料不均勻而出現(xiàn)了結(jié)垢現(xiàn)象，或者是葉輪出現(xiàn)了磨損問題，也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)故障。第三，如果離心壓縮機(jī)組中的零部件出現(xiàn)了損傷性脫落問題，或者是有異物從外部進(jìn)入到了壓縮機(jī)內(nèi)部，便會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡，并進(jìn)一步引發(fā)振動(dòng)故障[2]。

2.2 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障機(jī)理

在離心壓縮機(jī)組的具體應(yīng)用中，因轉(zhuǎn)子不對(duì)中所引發(fā)的振動(dòng)故障比較常見。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，其主要原因在轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)、安裝及其檢修方面。如果轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)和安裝效果不佳，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位置偏離中心，便很容易出現(xiàn)對(duì)中故障。但是在離心壓縮機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用中，如果壓縮機(jī)負(fù)載過大，或者是技術(shù)人員操作不當(dāng)，也都可能讓離心壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)子位置出現(xiàn)一定程度的偏移，進(jìn)而導(dǎo)致不對(duì)中故障產(chǎn)生。

2.3 喘振故障機(jī)理

在離心壓縮機(jī)組的工作過程中，喘振故障不僅十分常見，且十分嚴(yán)重。該故障的主要成因是離心壓縮機(jī)組旋轉(zhuǎn)失速情況未得到有效控制，經(jīng)進(jìn)一步的發(fā)展，便導(dǎo)致了喘振故障。在離心壓縮機(jī)組的具體運(yùn)行中，隨著負(fù)荷的逐漸降低，當(dāng)進(jìn)氣流量逐漸達(dá)到設(shè)計(jì)邊界時(shí)，受到壓縮的氣體將會(huì)從擴(kuò)壓器或者是葉輪中脫離出來，進(jìn)而出現(xiàn)嚴(yán)重的沖擊損失。這樣的情況不僅會(huì)降低離心壓縮機(jī)組的運(yùn)行效率，同時(shí)也會(huì)使其管網(wǎng)內(nèi)的氣流在壓力影響下出現(xiàn)回流現(xiàn)象，進(jìn)而使離心壓縮機(jī)組和管道出現(xiàn)劇烈振動(dòng)。另外，管網(wǎng)系統(tǒng)自身容積也會(huì)對(duì)離心壓縮機(jī)組的喘振頻率和振幅造成直接影響，容積越大，管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部氣體越多，積聚的能量也越高，這樣就會(huì)產(chǎn)生越大的振幅;但是此種情況也會(huì)在一定程度上降低離心壓縮機(jī)組和管道喘振頻率。

3 離心壓縮機(jī)組主要振動(dòng)故障辨識(shí)分析

3.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障辨識(shí)

在對(duì)轉(zhuǎn)子不平衡所引起的離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障進(jìn)行判斷時(shí)，運(yùn)維人員可通過振動(dòng)頻譜和時(shí)域波形圖的方式來進(jìn)行故障辨識(shí)。根據(jù)此類故障的成因分析可知，若轉(zhuǎn)子自身質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，其離心力便會(huì)出現(xiàn)一次響應(yīng)，也就是振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)子基頻一致，即振動(dòng)頻率和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等。因此，在對(duì)此類故障進(jìn)行辨識(shí)的過程中，基頻成分幅值可用作轉(zhuǎn)子不平衡故障的重要判斷依據(jù)。

3.2 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障辨識(shí)

在對(duì)轉(zhuǎn)子不對(duì)中所導(dǎo)致的離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障進(jìn)行判斷時(shí)，其主要的辨識(shí)方法包括以下幾點(diǎn)：第一，可通過振動(dòng)趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別，如果是由于轉(zhuǎn)子不對(duì)中所導(dǎo)致的振動(dòng)故障，隨著轉(zhuǎn)子負(fù)荷的加大，其振幅也會(huì)逐漸上升。第二，離心壓縮機(jī)組自身的振動(dòng)頻率大約在轉(zhuǎn)子頻率的二倍左右。第三，在此類故障產(chǎn)生之后，軸承中心高度相對(duì)較低的位置將會(huì)被架空，進(jìn)而降低其油膜的穩(wěn)定性，因此相較中心高度較高的位置，軸承振動(dòng)也會(huì)更大。

3.3 喘振故障辨識(shí)

對(duì)于離心壓縮機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的喘振故障，其主要辨識(shí)方法包括以下幾種：第一，喘振故障具有較低的震動(dòng)頻率，通常在1～30 Hz之間[3]。第二，在喘振故障發(fā)生時(shí)，排氣端壓力以及進(jìn)氣端流量會(huì)出現(xiàn)周期性較大的脈動(dòng)。第三，管道內(nèi)發(fā)出的噪音會(huì)加劇，且呈現(xiàn)出忽高忽低的現(xiàn)象。第四，在喘振過程中，離心壓縮機(jī)組殼體和軸承位置的振幅會(huì)顯著增加，且變化特征呈周期性。相比較其他形式的振動(dòng)故障而言，在喘振故障發(fā)生后，軸向振動(dòng)情況會(huì)更加顯著，軸位移情況也會(huì)顯著增加，產(chǎn)生的推力會(huì)加大軸承荷載。

4 離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障處理策略分析

4.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障處理

對(duì)于此類問題，如果是由于轉(zhuǎn)子自身材質(zhì)或工藝問題，則需要進(jìn)一步進(jìn)行壓縮機(jī)組的合理設(shè)計(jì)，將高性能材料用作轉(zhuǎn)子制作材料，并使其加工工藝誤差得到良好控制，這樣便可有效解決轉(zhuǎn)子自身的不平衡問題。對(duì)于腐蝕和結(jié)垢導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子不平衡故障，可在轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中合理應(yīng)用一些具有減緩腐蝕或結(jié)垢的措施，比如通過涂層法來防治腐蝕、結(jié)垢問題，以此來保障壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)用質(zhì)量，避免轉(zhuǎn)子不平衡故障產(chǎn)生。這些方法對(duì)于離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障的避免都具有很好的應(yīng)用效果。

4.2 轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障處理

在離心壓縮機(jī)組的具體設(shè)計(jì)、制造及其應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障的有效避免，以此來防止此類故障所引發(fā)的振動(dòng)，生產(chǎn)制造企業(yè)就需要對(duì)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)及其安裝做到足夠重視。在此過程中，可通過一些措施來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的精確對(duì)中。比如，可借助于定位凸臺(tái)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。而在離心壓縮機(jī)組的安裝中，技術(shù)人員更應(yīng)該嚴(yán)格按照生產(chǎn)制造商所提供的安裝標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行安裝，做好冷態(tài)和熱態(tài)數(shù)據(jù)的嚴(yán)格檢查與校核，并使其基礎(chǔ)沉降狀態(tài)保持合理[4]。在離心壓縮機(jī)組的應(yīng)用過程中，技術(shù)和運(yùn)維人員一定要對(duì)其軸承油膜壓力變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)油膜壓力突然上升，則說明軸徑外表面和下半軸承體內(nèi)表面的間隙已經(jīng)在逐漸減小;如果發(fā)現(xiàn)油膜壓力呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，則說明軸徑外表面和下半軸承體內(nèi)表面的間隙已經(jīng)在逐漸擴(kuò)大。對(duì)于這些問題，技術(shù)與運(yùn)維人員一定要檢查壓縮機(jī)組是不是產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子不對(duì)中問題，并根據(jù)實(shí)際情況，采取合理的措施來進(jìn)行對(duì)中處理。通過這樣的方式，才可以有效避免因轉(zhuǎn)子不對(duì)中而導(dǎo)致的離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障。

4.3 喘振故障處理

在離心壓縮機(jī)組出現(xiàn)了喘振故障之后，如果不能及時(shí)使其得到有效控制，引發(fā)的后果可能會(huì)非常嚴(yán)重，在交變應(yīng)力的影響下，離心壓縮機(jī)組中的轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)斷裂情況;如果喘振現(xiàn)象十分強(qiáng)烈，在喘振過程中，軸承和密封都可能會(huì)被損壞，進(jìn)而造成非常嚴(yán)重的安全事故。因此，在離心壓縮機(jī)組的具體設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用過程中，相關(guān)企業(yè)和工作人員一定要對(duì)此項(xiàng)故障做到足夠重視，并通過以下的措施來做好此類故障的防控：第一，在對(duì)離心壓縮機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，一定要使其操作穩(wěn)定范圍加寬[5];第二，在離心壓縮機(jī)組中，應(yīng)做好防喘振回路旁路等的設(shè)置，以此來實(shí)現(xiàn)喘振故障的有效防控;第三，對(duì)于離心壓縮機(jī)組，需要在其性能曲線上做好充足的裕度保留，以此來實(shí)現(xiàn)喘振預(yù)防控制線的設(shè)置。

在離心壓縮機(jī)組的具體應(yīng)用中，如果出現(xiàn)了喘振故障，操作人員不可立刻停車，而是應(yīng)該立刻打開喘振預(yù)防控制閥，讓入口流量可以在短時(shí)間之內(nèi)迅速升高，以此來快速消除喘振現(xiàn)象。就目前的離心壓縮機(jī)組來看，自動(dòng)化以及智能化技術(shù)已經(jīng)在其中得到了廣泛應(yīng)用，而借助于自動(dòng)化與智能化控制技術(shù)，便可實(shí)現(xiàn)離心壓縮機(jī)組喘振故障的及時(shí)有效控制。在該故障得到控制之后，運(yùn)維技術(shù)人員需要對(duì)其喘振故障的原因進(jìn)行科學(xué)分析，然后根據(jù)具體原因和實(shí)際情況，采取合理的措施來解決喘振問題。但是若在應(yīng)用中反復(fù)多次出現(xiàn)了喘振故障，操作人員就需要停車對(duì)其進(jìn)行檢查，以此來確保喘振故障的及時(shí)消除。

5 離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障防控措施分析

5.1 做好設(shè)計(jì)與加工質(zhì)量控制

為了讓離心壓縮機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)故障得到良好防控，在對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者一定要確保其結(jié)構(gòu)的合理性和簡(jiǎn)潔性，這樣便可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)故障的有效降低。對(duì)于關(guān)鍵的零件，設(shè)計(jì)者一定要在充分的理論分析基礎(chǔ)上通過數(shù)字化三維仿真軟件進(jìn)行模擬，以此來確保設(shè)計(jì)余量的充足。同時(shí)，由于壓縮機(jī)自身的精密程度很高，其公差需要得到嚴(yán)格控制，所以在對(duì)此類設(shè)備進(jìn)行加工時(shí)，技術(shù)人員一定要注意確保零件的加工精度，并做好各個(gè)零部件裝配質(zhì)量的保障。

5.2 定期檢修

在離心壓縮機(jī)組的具體應(yīng)用中，相關(guān)企業(yè)和運(yùn)維人員一定要定期對(duì)其進(jìn)行檢修。通常情況下，運(yùn)維人員不僅需要對(duì)離心壓縮機(jī)組的具體情況進(jìn)行評(píng)估和判斷，同時(shí)也需要對(duì)其工作環(huán)境進(jìn)行科學(xué)評(píng)估，然后以此為依據(jù)，合理制定離心壓縮機(jī)組的間隙周期。同時(shí)，運(yùn)維人員還需要將離心壓縮機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況作為依據(jù)，定期對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)。經(jīng)相關(guān)調(diào)查和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在離心壓縮機(jī)組運(yùn)行了一段時(shí)間后，其中的一部分構(gòu)件會(huì)逐漸老化，如果不及時(shí)進(jìn)行維修或更換處理，容易對(duì)其運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行安全造成威脅[6]?；诖?，運(yùn)維人員一定要對(duì)離心壓縮機(jī)組中的零部件進(jìn)行定期檢修，這樣才可以確保其運(yùn)行效果，避免振動(dòng)故障的產(chǎn)生。

5.3 及時(shí)更換磨損部件

在離心壓縮機(jī)組中，很多部件都容易被磨損，比如軸承、密封、軸套、葉輪等，如果這些部件的磨損不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，便很可能引發(fā)振動(dòng)和其他故障。因此，在對(duì)離心壓縮機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)故障防控的過程中，運(yùn)維人員一定要定期對(duì)容易磨損的部件進(jìn)行更換，尤其是對(duì)于即將到達(dá)使用周期的部件，一定要及時(shí)做好更換處理。在此過程中，相關(guān)企業(yè)和運(yùn)維人員也需要充分了解通過新型材料生產(chǎn)的部件，并將其用來替代傳統(tǒng)的易磨損部件，以此來延長(zhǎng)更換周期，有效降低部件磨損情況的發(fā)生。

5.4 做好信息化維護(hù)

在當(dāng)今的信息化時(shí)代中，所有的設(shè)備都可以通過信息化的方式來進(jìn)行監(jiān)控。因此，在對(duì)離心壓縮機(jī)組進(jìn)行振動(dòng)故障的防控過程中，相關(guān)企業(yè)也可以通過信息化的方式來維護(hù)。在此過程中，企業(yè)與技術(shù)人員可將PLC作為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)和開發(fā)一個(gè)自動(dòng)化、智能化的離心壓縮機(jī)組運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，通過相應(yīng)的傳感器來進(jìn)行離心壓縮機(jī)組中各個(gè)部件運(yùn)行參數(shù)的采集，并將其與預(yù)先設(shè)置在PLC自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的原始運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。若發(fā)現(xiàn)了離心壓縮機(jī)組中部件的運(yùn)行參數(shù)異常，PLC會(huì)便會(huì)及時(shí)發(fā)出相應(yīng)的異常報(bào)警，并將相應(yīng)的控制指令及時(shí)下達(dá)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)中;對(duì)于自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)無法消除的振動(dòng)故障，系統(tǒng)會(huì)立即將異常報(bào)警發(fā)送給運(yùn)維技術(shù)人員，使其明確異?，F(xiàn)象及其出現(xiàn)的位置，并為其提供科學(xué)的維修參考方案。通過這樣的方式，不僅可以保障離心壓縮機(jī)組的運(yùn)行效果，最大限度防止振動(dòng)故障對(duì)其運(yùn)行質(zhì)量與安全的不良影響，及時(shí)消除離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障和其他故障，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)維技術(shù)人員工作效率的提高與工作強(qiáng)度的降低。

6 結(jié)論

綜上所述，離心壓縮機(jī)組在當(dāng)今的工業(yè)領(lǐng)域中具有非常好的應(yīng)用價(jià)值。但是在此類機(jī)械設(shè)備的具體應(yīng)用中，一旦出現(xiàn)了振動(dòng)故障，便會(huì)對(duì)其運(yùn)行效果產(chǎn)生很大程度的不良影響，輕則影響其工作質(zhì)量，造成離心壓縮機(jī)組中的部件損壞，重則將會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的生產(chǎn)安全事故，為企業(yè)帶來重大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡?；诖耍趯?duì)離心壓縮機(jī)組進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和應(yīng)用的過程中，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員都應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)振動(dòng)故障的分析，包括主要振動(dòng)故障的形成機(jī)理、識(shí)別策略等，以此為依據(jù)，對(duì)離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障進(jìn)行科學(xué)處理。同時(shí)，相關(guān)企業(yè)和技術(shù)人員也應(yīng)該重視離心壓縮機(jī)組生產(chǎn)、制造及其應(yīng)用中的振動(dòng)故障防治措施，并使其得以合理應(yīng)用。通過這樣的方式，才可以有效消除離心壓縮機(jī)組的振動(dòng)故障，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而為離心壓縮機(jī)組的良好應(yīng)用以及相關(guān)企業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王紅柱，陳擁軍.離心式壓縮機(jī)振動(dòng)的原因與處理措施[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2021（12）：73-75.

[2] 文定良.離心壓縮機(jī)振動(dòng)故障分析與診斷案例[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2016（6）：137-142.

[3] 程鵬達(dá).大型離心壓縮機(jī)組振動(dòng)故障診斷與處理分析[J].中國(guó)設(shè)備工程，2021（23）：186-187.

[4] 太興宇，李云，孟繼綱，等.某二氧化碳離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子次同步振動(dòng)分析[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2021（5）：66-70.

[5] 田華.空氣離心壓縮機(jī)軸振動(dòng)高原因分析及對(duì)策[J].聚酯工業(yè)，2021（5）：54-56.

[6] 曲秋宇.初探壓縮機(jī)異常振動(dòng)分析與排除[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2021（16）：150-151.