離心式空壓機振動故障分析

王紹輝

（珠海BP化工有限公司，廣東 珠海 519050）

某化工廠現有兩套空分裝置，分別為KDONAr－4000/1800/110型、KDONAr6000/2000/180型，其原料空氣壓縮機均為離心式壓縮機，其中4000空分裝置空壓機為H440－6.2/0.98型，是2002年出產，6000空分裝置空壓機為DH63－32型，是2004年出產，兩空壓機均整體齒輪型結構，四級壓縮、三級冷卻，由同步電動機通過齒輪聯軸器驅動大齒輪。一二級葉輪在一根齒輪軸上組成L軸轉子，三四級葉輪在一根齒輪軸上組成H軸轉子，分別與大齒輪嚙合，靠大齒輪進行增速，電動機轉速l 500 r/min，H440空壓機L軸級轉子轉速12387 r/min，H軸轉子轉速14769 r/min；DH63空壓機轉子則分別為9512 r/min、11470 r/min。每只轉子上有兩只徑向軸承，系可傾瓦軸承，采用油泵供油強制潤滑。

可傾瓦軸承有5塊瓦，周向均布，軸襯的配列位置與主軸頸同心，瓦塊為鋼制件，內孔澆鑄巴氏合金，與墊塊裝在一起。裝在軸承內的瓦塊可以繞著自身的軸線（與主軸頸中心線平行）單獨擺動，同時由螺栓周向限位，使它在工作時不會與軸頸一起轉動，這種可傾瓦軸承對于減振很有效，油從軸承殼的外側環形供入，經過軸承間隙回油。運轉中，每塊瓦塊隨著軸頸旋轉而產生的流體動力調整自己的位置，從而使每個瓦塊具有最佳油楔，由于瓦塊之間的間隙大，油膜不連續，與油膜旋轉有關的不穩定性也就難以形成。每級葉輪軸上均裝有兩個測振點，圖1中在轉子軸正上方呈90 °分布，采用渦電流傳感，經延長電流接至前置放大器后輸出非標準電壓信號，再經儀控柜上框架式監視器處理輸出標準模擬量信號在 DCS上顯示，參與報警、聯鎖。

圖1 機組結構簡圖及測點分布圖

1 故障分析

兩臺空壓機運轉多年，出現多次不同情況的異常軸振現象，現進行分析總結，以求找到克服異常軸振問題的辦法。

1.1 轉子材料

4000空分H440空壓機在2002年試車階段發生兩次、2004年發生一次運行中軸振漸升后突然超量程（200 μm）聯鎖停車，打開檢查，葉輪出現裂紋或掉塊，造成轉子動平衡嚴重破壞，這種事故一般很少在空分行業發生，系產品制造質量問題。目前葉輪材質一般選用LV302不銹鋼，未發生葉輪斷裂事故。

1.2 長周期運行葉輪上結垢

2005年投用的6000空分DH63－32空壓機，運行到2008年，累計運行3.5 a。表現在三四級軸振（圖1中測點3A、3B、4A、4B）緩慢上升，并超越報警值（64.75 μm），突破到70 μm、80 μm，一二級軸振測點（1A、1B、2A、2B）未超過25 μm，基本穩定。經停機檢查，葉輪積灰多，且由于級問冷卻器冷凝水排水不暢，造成三四級后蓋板、葉輪上有水垢，污物的存在使轉子動平衡破壞；對級間冷卻器抽芯檢查，其內壁腐蝕嚴重，底部許多銹渣，將L軸、H軸兩套轉子送專業廠進行流道清洗、探傷檢查和動平衡校驗，按照技術要求進行組裝，開機后軸振正常，同時對冷卻器內壁進行徹底除銹防腐，并將冷凝水吹除管由DN25擴大到DN50，防止運行中冷凝水積聚在底部被氣流帶走沖刷葉輪。2009年，DH空壓機一級軸振上漲，一個月時間上漲20 μm，達到57 μm。三四級平穩未超過27 μm，仍是通過清洗葉輪、校正動平衡解決。

1.3 瓦塊存在損傷

DH63－32空壓機2008年在處理四級出口管上管套環漏氣后，開機后原本平穩的軸振持續上升，其中一級軸振比檢修前漲30 μm達53 μm，二級軸振上漲13 μm達37 μm無法緩解，只好停機檢查，發現二級軸承上邊兩瓦塊損壞一塊，其巴氏合金脫落，更換瓦塊處理后開機平穩，各級軸振未超過30 μm。

1.4 軸承間隙過小，瓦塊接觸面臟

近幾年，H440空壓機的油溫、油壓、氣量均平穩，工藝上未進行任何操作時，出現多次各級軸振呈正弦波形異常波動情況，有時波動幾個微米，有時十幾個微米，有時突升、突降或伴隨有軸溫突變2 ℃左右。打開軸承檢查，瓦塊并未損壞，但瓦面上有油積炭現象，導致軸承間隙偏小、接觸面不良，但對潤滑油進行化驗，油質合格。有時可從大齒輪齒上發現許多油渣，雖然潤滑油化驗合格，但不排除在特定運轉條件下油質發生變化的可能性。每次清洗瓦塊上油積炭后軸振平穩。后將原某廠供應的潤滑油選用殼牌統一的L－TSA46汽輪機油，且將原3U80A－4型螺桿油泵更換為一臺較大流量的3U80A－6型螺桿油泵來加強軸承的潤滑，在以后的檢修時沒有發現軸瓦面上沒有積炭現象，機器運行中軸振沒有再出現正弦波形異常波動情況。

1.5 儀控測點故障

2009年，H440空壓機在檢修完畢開機后二三級的兩個軸振測點（2B、3B）不正常：測點3B一直上升、測點2B波動大，只好再次停機檢查，發現固定傳感器的緊固螺母松動脫落于傳感器端頭與轉子主軸間而隨軸轉摩擦，影響了測量。于是對各軸振測點重新檢查緊固傳感器的固定螺母，開機后軸振正常。有時傳感器與延電纜接頭有油，也會測量有誤。前置放大器使用時間長，線性差，也會使軸振波動。

1.6 電動機與壓縮機的對中

施工應按說明書要求，同軸度要合格。DH63空壓機在2005年因軸振上漲檢查中發現電動機與壓縮機對中不合格，吊開電動機調整時發現電動機下邊墊鐵使用不規范：用了槽鋼來代替墊鐵且有的已經變形，壓漿層也不符合規范，有墊鐵高出壓漿層現象，部分墊鐵和電動機底座未結合緊密。以上導致運行中對中發生變化，軸振波動上漲。

2 解決辦法

（1）設備制造廠家必須保證產品質量。對轉子、大齒輪這些核心組件必須確保材質可靠。如沈鼓DH空壓機選用的葉輪材質LV302B高強度不銹鋼，多年來，DH產品從未出現過葉輪裂紋問題。

（2）機組安裝必須嚴格按照要求確保施工質量。聯軸器對中，軸瓦間隙、地腳螺栓緊固、軸承蓋與軸承間隙的過盈量、轉子與密封的間隙以及電動機基礎等，必須符合相關技術要求。

（3）潤滑油定期化驗、更換。每次換油時放凈殘油、清理干凈油箱、過濾器、機殼及冷卻器等。油品選用正規渠道、正規廠家供貨。

（4）精心操作，避免壓縮機工作點進入喘振區造成損壞。每次開機前必須試驗聯鎖停機、油泵聯鎖起停和防喘振閥動作的可靠性，調整負荷要注意不能超壓。巡檢中注意冷卻器的冷凝水排放，自潔式過濾器濾簡阻力偏大或有吸扁破裂現象應及時更換。

（5）嚴格按照設備操作規程控制各項參數，避免油溫過低、過高，波動大。油壓符合要求，操作要平穩緩慢，杜絕大起大落。

（6）盡量減少開停機次數。每次大機組起動過程中都要發生較大振動，對軸瓦損傷大，所以減少停機次數，避免帶負荷突然停機，加強對電氣線路的巡檢維護。

（7）每年要計劃對機組大修一次。按說明書要求對級間冷卻器、壓縮機組、潤滑系統做徹底維護，轉子進行流道清洗，探傷檢查、動平衡檢驗，冷卻器抽芯檢查、清理內壁銹蝕進行防腐等。

（8）每次檢修完畢，儀表人員必須調整、緊固好傳感器螺母，確定間隙電壓符合技術要求，各連接點牢固可靠，杜絕測量有誤的現象出現。

（9）改善空壓機吸入口的空氣質量，避免過濾器選址在下風向和灰塵多的地方，做好空壓機進口過濾器周圍的綠化防塵，更換自潔式過濾器濾筒時一定注意密封圈安裝到位，防止空氣短路不經濾簡進入機組。

（10）引入安裝空壓機在線監測與故障診斷系統，引入新的測振判斷技術，各大機組聯網監控，以便能及時發現問題及早處理，也提高了設備管理的現代化水平。

3 結束語

綜上所述，通過對KDONAr－4000/1800/110型、KDONAr 6000/2000/180型，空壓機振動原因進行分析，采取了上述有效的對策與處理措施，三、四級振動已明顯好轉，機組振動故障問題得到了有效解決。目前機組完全有能力做到安、穩、滿、優運行8000 h以上不停車，改造效果良好，提高了企業的經濟效益。