大型離心壓縮機組振動故障診斷與處理

李超華

摘 要：大型離心壓縮機運行過程中容易出現振動故障的問題，嚴重影響實際的使用安全性與穩定性。本文首先介紹了大型離心壓縮機的工況特征，其次對大型離心壓縮機發生振動故障的特性進行了分析與探討，然后分析了大型離心壓縮機發生故障的原因，最后則結合上述內容，闡述了大型離心壓縮機故障排除策略，希望可以進一步改善運行環境，提升減振效果。

關鍵詞：大型離心壓縮機;振動故障;診斷策略

0 引言

大型離心壓縮機在科研、工業生產中都具有廣泛的應用，作為重要的動力設備，其同時也具有許多常規離心壓縮機所不具備的優勢，包括結構復雜、工況穩定性要求高等等，但是在應用過程中，由于投產時間、運行工況的變化，很容易出現設備故障的問題，如不及時進行故障排除，會導致嚴重的生產安全事故。為了進一步探討大型離心壓縮機的故障處理策略，現就某項目的具體大型離心壓縮機工況簡單介紹如下。

1 大型離心壓縮機組工況概述

大型離心壓縮機作為工業生產中常用的機械設備，其具有體積大、結構精密復雜的特征，運行過程中經常會出現高負荷運行的情況，所以很容易出現機械故障。采取科學的機械狀態調整與故障診斷監控模式，可以顯著改善工況現狀。

本次研究選取某大型離心壓縮機組，該設備啟動后出現兩端軸承振動值超標的問題，由于運行的安全性受到威脅，無奈被迫停機。該機組的構成圖如下圖1所示，根據圖中的構成情況來看，該大型離心壓縮機設備主要包括有壓縮機、變速箱、電機構成，各個部件之間由軸承相互連接，其中聯軸器分別為齒套聯軸器，整個大型離心壓縮機的運行參數為額定功率5000kW，電壓10kV，額定轉速2900r/分。

2 大型離心壓縮機組振動特性分析

結合大型離心壓縮機的振動特征，對其安裝方式進行分析，從而探究出相應的振動特性。采取簡化分析方法，離心式壓縮機的振動來源通常來自于旋轉部件的重心偏移，由于重心偏離中心線，很容易出現基頻振動的問題。實際上，大型離心壓縮機運行過程中，離心式壓縮機與變速箱會借助于齒套連軸設備來達到相應的動力傳遞效果。在支撐與轉軸彈性變化相對穩定的情況下，軸心線與齒套之間會存在一個夾角，這個夾角的運動模型相對確定，會圍繞著中軸進行一定角速度的旋轉。在齒套的聯軸器部分，軸心線與齒套會形成一定的夾角，此時坐標系當中的轉速相對確定。由于不同的轉速存在一定的誤差，所以全部以逆時針旋轉時就會出現套齒隨著轉軸過度的情況，整個嚙合長度會發生變化，隨之會想著降低配合的齒面長度發展。整個半軸套齒會想著正方向移動，此時齒面會受到較大的摩擦力影響。一般來說，轉軸的上方會出現最大嚙合長度的影響，始終想著增長配合的角度發展，此時半軸齒套會向著負方向變化。由此可見，軸向的周期性振動往往與平行偏角當中的振動有關。大多數情況下，由于軸系不會對轉子產生更高的附加載荷，所以軸承的振動不會超過標準，但是隨著載荷的增加，可能會出現振動對于負載的敏感度增加的情況，進一步導致負荷的增加。軸系當中振動信號的頻譜主要以一倍頻和二倍頻為主，軸系對稱不足，二倍頻的分量占比會增加，這也是導致出現大型離心壓縮機振動加劇的重要原因。

3 大型離心壓縮機組振動故障診斷

大型離心壓縮機的振動故障排除，關鍵在于故障的診斷，除了需要做好振動測量，還需要借助于在線分析系統來確保故障診斷的精準度、時效性，現探討如下。

3.1 振動測量

振動數據的采集是數據測量的基礎條件，首先需要做好壓縮機、變速箱、左右軸承的傳感器設置工作，確保傳感器能夠對振動進行精準的測量。一般來說，選擇進口的動態數據采集分析系統能夠確保振動信號的分析效果。在做好采樣設置工作后，需要做好積分處理，對振動的速度進行采樣分析，采用實時頻譜來進行跟蹤測量，有必要的話可以做好總量與不同頻率的振動值分別測量，確保整體測量的效果。在本次研究中，根據振動的劇烈程度與采樣率來進行振動信號積分情況的分析研究即可。

3.2 振動分析診斷

振動分析診斷工作需要參考相關領域的技術標準值，一般來說大型離心壓縮機的振動值不得超過4.2mm/s，結合具體的機組特征與使用的年限，可以適當予以放寬，但是整體差異不得超過100%。本項目分析過程中，電機的振動頻率以及振動基本條件都需要做好診斷，同時還采用螺栓連接處針對性檢驗的方法，確保振動分析工作的效果。現階段電機屬于直接啟動模式，壓縮機則作為節流啟動單元，針對機組進行啟動和全過程變載運行監測。根據具體的調整情況來進行振動總量的分析，分析過程中主要針對電機的前部、水平位置、軸向以及其他位置的振動頻率進行分析整理，振動值沒有超過限制的數值，運行整體穩定。但是在后續的測試過程中發現，隨著時間延長，出現振動超標的趨勢就越來越大，最后已經達到了嚴重超標的情況，此時齒輪箱的振動值雖然不高，但是由于啟動時會出現異常撞擊，所以也會導致擠壓痕跡擴大。結合具體的實施經驗來進行分析，軸線的中心區域存在傾角與偏移問題，所以嚙合不到位是導致出現振動加劇的主要原因。根據上述分析結果來看，齒輪箱內部存在脫離嚙合以及嚙合沖擊的情況，導致出現振動加劇的原因是安裝誤差以及長期使用導致的局部嚙合脫離，另外還有一些因素包括軸承的剛度不足、預緊力下降等等，都是出現振動故障的原因。

4 大型離心壓縮機組振動故障的處理措施

結合上述分析結果，大型離心壓縮機出現振動故障的原因已經確定，現就相關故障的處理措施分析如下。

首先，開蓋并對變速箱進行安裝參數測量，對安裝精度不足的問題進行調整，特別是解決一些不符合檢查標準的項目，及時消除異常運行的狀態，恢復到調試運行的合理狀態。其次，機組運行停機后進行同軸度與熱變形量測量，對機組穩定運行狀態下的相關參數進行對比，以此來確定熱量對偏差帶來的影響，為更好的完成參數調整與信息調節奠定基礎。最后，針對大型離心壓縮機的前軸預緊力進行調整，通過上述分析，可以得到相關測試點振動值的變化情況，通過預緊力調整，加固緊固螺栓的約束力可以更好的滿足生產安全的控制需求。在經過單機調試后，對整體的振動總量進行穩定性的控制，并實施效果評估。經過評估后發現，大型離心壓縮機的前軸測點振動總量得到了合理的控制，整體運行穩定性顯著提升。經過多次機械磨合運行后，機組的測點振動值都在限定范圍內，同時振動異常聲響減少，接觸面得到了改善。經過多次單機加載運行以及聯合調試后，都沒有出現任何問題，證明該故障已經得到解決。

5 總結

綜上所述，大型離心壓縮機在運行過程中不可避免的會出現一些振動故障風險，及時發現這些分析，做好科學振動分析診斷工作，才能夠在最短的時間內解決故障風險，延長設備的使用壽命。在本項目中采取了科學的振動分析模式，在確定振動故障的來源后，采取了機械磨損運行調試工作，經過技術調整，最終變速箱的異常振動消失，多級聯合調試的效果得以實現，取得了良好的經濟效益與社會效益。

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