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大型空分裝置離心式壓縮機振動故障分析及處理通負壓風機振動的研

摘要 : 針對大型空分裝置的空壓機 + 氮氣增壓機壓縮機機組振動故障進行分析 , 診斷出振動故障的原因，準確地找出了故障源 ： 在中壓缸推力側振動值突然升高，是由于轉子不平衡引起的振動；在增速機輸出側振動值突然升高，是由于聯軸器故障引起的振動。

關鍵詞 ：離心式 壓縮機；振動；故障分析

中圖分類號： TH452 　　　文獻標識碼： B

文章編號： 1006-8155 （ 2008 ） 03-0073-03

Analysis and Treatment for Vibration Fault in Centrifugal Compressor of Large-scale Air Separation Plant

Abstract: According to the analysis on vibration fault in compressor unit with air-compressor and nitrogen booster of large-scale air separation plant, the reason for vibration fault is diagnosed and the fault source is accurately found out. The reasons for the vibration value abruptly rising in thrust side of medium pressure cylinder and in outlet side of increasing gear are due to the vibration caused by unbalancing rotor and fault coupling respectively.

Key words: centrifugal compressor; vibration; fault analysis

0 引言

空分裝置為化工企業(yè)的主要裝置，空壓機又是空分裝置主要設備，空壓機長期穩(wěn)定運行，才能確保空分裝置為其它工藝工程裝置提供氧氣和氮氣。而振動是壓縮機的常見故障 [1-3] ，振動過大會影響壓縮機的可靠運行，給生產造成很大的損失。因此，保證壓縮機的安全可靠運行，對提高生產效率及經濟效益有重要的意義。

1 設備基本情況

　　某化肥廠 48000Nm 3 /h 空分裝置安裝了 DMCL1204+2MCL1203+3BCL608 離心式壓縮機，該壓縮機組由汽輪機、空壓機低壓缸及中壓缸、增速機、氮氣增壓機組成，如圖 1 所示，圖中只繪出了二段進氣的法蘭，其余進出氣法蘭沒有繪出。由于是生產初期，該機組沒有安裝振動測試分析儀。該機組汽輪機功率為 39299kW ，空壓機流量為 246700Nm 3 /h ，空壓機出口壓力為 0.64MPa(A) ，空壓機工作轉速為 4405r/min ，氮氣增壓機的流量為 164407 Nm 3 /h ，氮氣增壓機出口壓力為 8.31 MPa(A) ，氮氣增壓機工作轉速為 9168 r/min 。

2 　振動故障

2.1 　故障特征 1

　　該空壓機組安裝完畢，并已通過機械運轉，機組各軸瓦振動測點數值在正常范圍之內。機組測振元件采用美國本特利測振探頭，通過計算機實時跟蹤記憶監(jiān)測。

　　該空壓機機組再次試運，投入空分裝置，運行大約 10h ，空壓機組中壓缸如圖 1 中測點 0013A/B 出現振動，振動值突然上升到 100 μ m ，即振動值超過了連鎖值，致使空壓機機組停機。

2.2　 故障特征 2

　　由于是試運階段，該壓縮機組經多次啟動運行，并多次拆裝檢修。又一次啟動運行 8h 后，如圖 1 變速機輸出端 0016A/B 出現振動 , 振動值突然超過了連鎖值，達到了滿量程 150 μ m ，壓縮機組再次停機。停機后，在微機實時記憶監(jiān)測畫面上顯示該測點數值始終為 150 μ m ，沒有歸零。

　　該離心壓縮機組的正常振動值、出現振動的位置及連鎖值列于表 1 中。

表 1 空壓機 + 氮氣增壓機機組振動值及連鎖值

位置

位號

振動值 / μ m

連鎖值 / μ m

增速機輸出側

0016A /B

10.2/9.2

91

中壓缸推力側

0013A /B

18.5/19.2

90


3　 故障分析

　　離心式壓縮機振動現象主要包括轉子不平衡、對中不良、聯軸器故障、軸承缺陷等。

　　由于轉子制造誤差、裝配誤差以及材質不均勻等原因造成的轉子不平衡，這種原因引起的振動在試運之初，便會產生振動；由于轉子上不均勻結垢、介質中粉塵的不均勻沉積、介質中顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損等原因引起的轉子不平衡，表現為振動值隨著運行時間的延長而逐漸增大；由于轉子上零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的轉子不平衡，表現為振動值突然升高。

　　各轉子之間用聯軸器聯接傳遞運動和轉矩，由于機組的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機組基礎的不均勻沉降等，有可能會造成機組工作時各轉子軸線之間產生不對中。不對中將導致軸向、徑向交變力，引起軸向振動和徑向振動，而且振動會隨不對中嚴重程度的增加而增大。

　　聯軸器安裝有誤、聯軸器制造不平衡、聯軸器端面偏差過大、彈性聯軸器制造精度不夠、銷釘不等重等原因會造成聯軸器故障。軸瓦間隙偏大、油膜渦動等原因是造成軸承缺陷的主要原因。

　　該離心壓縮機組安裝后，已經過多次試車，并且在試車后經過多次拆裝、對中檢查，運行一直平穩(wěn)，見表 1 中的振動值。根據振動故障特征 1 ，在中壓缸推力側振動值突然升高，可能由于轉子上零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的轉子不平衡，進而引起振動。根據振動故障特征 2 ，在增速機輸出側振動值突然升高，停機后，微機實時記錄的振動數據仍沒有歸零，引起故障的原因比較復雜，有可能是工作狀態(tài)下熱膨脹引起的對中不良，或者是在拆檢過程中安裝不當等原因引起的聯軸器故障，也可能是測量儀表失靈。

4 　故障處理

　　根據上述的故障特征分析，由于轉子不平衡引起的振動，則需拆缸檢查。由于對中不良、或者聯軸器故障引起的振動則需要拆檢聯軸器。

4.1 　拆缸檢查

　　將中壓缸上殼打開，發(fā)現一二級葉輪流道有細鐵絲，再拆檢二段冷卻器后，發(fā)現冷卻器里有大量細鐵絲，從而判斷是中壓缸二段進口法蘭纏繞墊片被吸進壓縮機葉輪流道里，這是由于安裝時墊片偏斜，導致氣流沖擊墊片破損，不銹鋼絲被吸進壓縮機葉輪里，壓縮機轉子瞬時間失去平衡，振動過大，造成壓縮機組連鎖停機。表明振動故障特征 1 是由于吸入異物造成轉子不平衡而引起的振動。進行清理壓縮機流道及冷卻器，再次開機運行正常。

4.2 拆檢增速機與增壓機聯軸器

　　拆檢聯軸器發(fā)現，增速機側拆裝膜片聯軸器中間套安裝螺栓沒有拆下，導致增速機振動過大，使壓縮機組連鎖停機。

　　膜片聯軸器借助膜片彈性變形，補償安裝誤差、運行過程中產生的熱膨脹、利用膜片的撓性（彈性變形）來補償兩軸間的相對位移。由于膜片安裝螺栓沒有拆下，安裝螺栓將膜片壓死，致使增速機側膜片不能軸向、徑向和角向相對位移。最后導致振動過大，造成壓縮機連鎖停機。

　　將聯軸器中間套拆下，進行重新對中找正，重新安裝聯軸器，再次試機機組運行正常。

5 　結論

　　由于異物鐵絲的吸入，使葉輪產生了附加的離心力，進而造成轉子不平衡而引起振動。當鐵絲處于葉輪內徑邊緣處時，由此而產生的離心力可經下面公式算出。

　　該機組葉輪的內徑為 D 1 =0.85m ，轉速為 n =4405r/min ，吸入的鐵絲質量約為 G= 0.5kg 。葉輪的角速度 ω 與葉輪轉速的關系 [4] 為

　　根據式 (1) 和式 (2) 計算可得離心力的大小約 為 F =1.28kg ，這 一附加離心力是造成故障特征 1 振動過大的主要原因。

參 考 文 獻

[1] 馬雷 . 離心式壓縮機故障原因分析及處理措施 [J]. 負壓風機技術 ,2007(1):83-84.

[2] 陳冬 . 離心式空壓機振動故障的診斷與檢修 [J]. 負壓風機技術 ,2006(3):61-62,53.

[3] 施俊俠 , 王大成 , 黃斌 . 離心式壓縮機的振動故障分析 [J]. 負壓風機技術 ,2003(6):47-49.

[4] 西安交通大學透平壓縮機教研室 . 離心式壓縮機原理 [M]. 機械工業(yè)出版社 ,1980.




　由于葉輪積灰引起振動，嚴重影響生產。經測，當軸流器（即風門）開度為35%～65%時,浙江車間降溫，風門、煙道振動加劇。煙道振幅增大，引起葉輪嚴重不平衡，使負壓風機不能正常運行。振幅從原始6道增到50道以上，當旋流器開度在35%～65%這一區(qū)域里，負壓風機無法正常運轉。負壓風機軸流器直徑大（2.8m），軸流器靠集流器（即進風口）很近，且正向朝著集流器。當煙氣經過軸流器時，很高的風速（43M/sec）在煙道里產生旋轉現象，增大了各部分的振幅，主要有以下二個原因：（1）軸流器、煙道的自振頻率與煙氣的脈動頻率相耦合，產生共振現象；（2）軸流器緊靠著集流器，因為氣流的速度很高，煙氣在風道里旋轉的速度來不及減緩就到了集流器，直接進入葉輪，由于蝸殼的特性，使葉輪各部所受的沖擊力不均勻，產生偏心力，導致葉輪失去了平衡，引起振動。對于以上產生振動的兩個因素，可以分別采用不同的方法來消除。（1）增加結構的剛度以改變軸流器、煙道、集流器和機殼的自振頻率，使其逃開煙氣的脈動頻率，以消除振動。Y4-73-11NO250負壓風機軸流器由12個葉片組成，每個葉片長1250mm，厚度為6mm，由于支點相距較遠，葉片本身剛度小，高氣流的沖擊使葉片產生脈動迫使煙氣進入葉輪形成撞擊現象，因此可在每個葉片上再焊上8mm厚的鋼板，軸流器的振幅可由原來的7道下降到3道，葉輪振幅由原來的大于50道下降為3道，葉輪振幅由原來的大于50道下降為35道。

　　通過實驗，本文利用ICP—AES測定金屬鎂中Fe、Si、Cu、Al、Ni、Mn六個元素。在溴存在下用HCl+HNO3進行分解試樣，以鎂基做工作曲線，以消除鎂基的干擾，該分析方法達到了產品分析要求。（2）本方法各元素測定結果的精密度好（除痕量的Ni外），相對標準偏差達1.11～6.96%；同時準確度也高。




負壓風機的選型一般按下述步驟進行:
　　1、計算確定隧道內所需的通風量;
　　2、計算所需總推力It
　　It=△P×At(N)
　　其中,At:隧道橫截面積(m2)
　　△ P:各項阻力之和(Pa);一般應計及下列4項:
　　1) 隧道進風口阻力與出風口阻力;
　　2) 隧道表面摩擦阻力,懸吊負壓風機裝置、支架及路標等引起的阻力;
　　3) 交通阻力;
　　4) 隧道進出口之間因溫度、氣壓、風速不同而生的壓力差所產生的阻力.
　　3、確定負壓風機布置的總體方案
　　根據隧道長度、所需總推力以及射流負壓風機提供推力的范圍,初步確定在隧道總長上共布置m組負壓風機,每組n臺,每臺負壓風機的推力為T.
　　滿足m×n×T≥Tt的總推力要求,同時考慮下列限制條件:
　　1) n臺負壓風機并列時,其中心線橫向間距應大于2倍負壓風機直徑
　　2) m組(臺)負壓風機串列時,縱向間距應大于10倍隧道直徑
　　4、單臺負壓風機參數的確定
　　射流負壓風機的性能以其施加于氣流的推力來衡量,負壓風機產生的推力在理論上等于負壓風機進出口氣流的動量差(動量等于氣流質量流量與流速的乘積),在負壓風機測試條件先,進口氣流的動量為零,所以可以計算出在測試條件下,負壓風機的理論推力:
　　理論推力=p×Q×V=pQ2/A(N)
　　P:空氣密度(kg/m3)
　　Q:風量(m3/s)
　　A:負壓風機出口面積(m2)
　　試驗臺架量測推力T1一般為理論推力的0.85-1.05倍.取決于流場分布與負壓風機內部及消聲器的結構.負壓風機性能參數圖表中所給出的負壓風機推力數據均以試驗臺架量測推力為準,但量測推力還不等于負壓風機裝在隧道內所能產生的可用推力T,這是因為負壓風機吊裝在隧道中時會受到隧道中氣流速度產生的卸荷作用的影響(柯達恩效應),可用推力減少.影響的程度可用系數K1和K2來表示和計算:
　　T=T1×K1×K2或T1=T(K1×K2)
　　其中T:安裝在隧道中的射流負壓風機可用推力(N)
　　T1: 試驗臺架量測推力(N)
　　K1:隧道中平均氣流速度以及負壓風機出口風速對負壓風機推力的影響系數
　　K2:負壓風機軸流離隧道壁之間距離的影響系數
　　以下場合負壓風機選型使用分析
　　倉庫通風
　　首先，看倉儲貨品是否是易燃易爆貨品，如：油漆倉庫等，必須選擇防爆系列負壓風機�！∑浯�，看噪聲要求高低，可以選擇屋頂負壓風機或環(huán)保式離心負壓風機，(而且有款屋頂負壓風機是風力啟動，更可以省電呢。
　　最后，看倉庫空氣所需換氣量的大小，可以選擇最常規(guī)的軸流負壓風機SF型或通風扇FA型。
　　廚房通風
　　首先，對于室內直排油煙的廚房(即通風口在室內墻上)，可以根據油煙大小選擇SF型軸流負壓風機或FA型排氣風扇。
　　其次，對于油煙大，且油煙需要經由長管道，并管道里有打彎處理的廚房，強烈建議使用離心負壓風機(4-72離心負壓風機最為通用，11-62低噪聲環(huán)保型離心負壓風機也很實用)，這是因為離心負壓風機的壓力較軸流負壓風機大，且油煙不經過電機，對電機的保養(yǎng)和換洗更容易�！∽詈�，建議油煙強烈的廚房選用以上兩種方案并用，效果更佳。
　　高檔場所通風
　　對于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉OK廳等高檔場所通風，就不適宜用常規(guī)負壓風機了。
　　首先，對于小室的通風，使通風管道連接中央通風管的房間，可以在兼顧外觀與噪聲基礎上，選擇FZY系列小型軸流負壓風機，它體積小，塑料或鋁制外觀，低噪聲與高風量并存。
　　其次，對風量與噪聲要求更嚴格的角度說，負壓風機箱是最好選擇。箱體內部有消音棉，外接中央通風管道后可以達到減噪的顯著效果。
　　最后，補充一下，對于健身房的室內吹風，務必選則大風量的FS型工業(yè)電風扇，而非SF型崗位式軸流負壓風機。這是從外觀及安全性方面考慮。

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