離心式壓縮機制造過程質量控制要點及振動超標典型故障剖析

李科鋒，劉 鑫

（上海眾深科技股份有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110027）

1 離心壓縮機的工作原理

離心式壓縮機是利用旋轉的葉輪實現能量轉換（將原動機所輸入的機械能轉變為氣體的壓力能和動能）的機械。離心式壓縮機一般為多級壓縮，單級壓縮比小。離心式壓縮機的工作原理是通過葉輪對氣體作功，在葉輪和擴壓器的流道內，利用離心升壓作用和降速擴壓作用，將機械能轉換為氣體的內能的機器。

2 離心式壓縮機的基本結構

離心式壓縮機結構可分為轉子與靜子兩大部分：轉子主要包括主軸、葉輪、推力盤、平衡盤等旋轉零件；靜子主要包括機殼、隔板（含擴壓器、彎道、回流器等）、級間密封等。

基本結構：

（1）垂直（徑向）剖分型：轉子包括葉輪、主軸、軸套、隔套、平衡盤、推力盤、聯軸器及鎖緊螺母等轉動零件的總稱，定子包括機殼、端蓋、內機殼（如有）、隔板、密封。

（2）水平（軸向）剖分型：轉子包括葉輪、主軸、軸套、隔套、平衡盤、推力盤、聯軸器及鎖緊螺母等轉動零件的總稱，定子包括焊接機殼、隔板、密封。

（3）整體齒輪增速型：轉子包括：高速齒輪、葉輪，低速齒輪、低速齒輪軸、聯軸器等，定子包括：齒輪箱體、蝸殼、擴壓器、型環等[1]。

3 制造過程的質量控制要點

石油化工裝置用離心式壓縮機，其采購《技術協議》中一般均規定：設計、制造、檢驗與驗收標準采用API617 標準。

（1）在介入檢驗工作前或檢驗工作初期要認真、仔細、逐字逐句、前后對照的研讀由委托方提供的圖紙、圖表、技術協議、數據表、采購合同、技術協調會議紀要、各方往來技術函件等各種技術文件資料；對其中的重點、差異性的地方要特別給予關注，在以后編制檢驗計劃（或大綱）時盡可能體現出來；對技術文件資料前后規定不一致、異于常規、或與相關標準不一致的現象要在恰當的時間向委托方提出。

（2）介入檢驗工作后，要及時審查有效的圖紙、制造工藝、生產計劃、檢驗試驗方案、質量管理體系文件、質量/ 環境/ 職業健康安全管理文件；落實加工裝備、工具、器械；檢驗試驗用工、卡、量具及設備、儀器儀表；審查設計、制造許可文件、特種操作人員資格證書、質量檢驗人員資格證書。

（3）在上述兩項確認無誤的情況下，及時編制質量計劃（ITP）、監理細則（DITP），并經相關負責人進行校核及審核。

（4）主要零部件材質審查：熔煉鋼錠的合格證審查、零部件鍛造毛坯的鍛件合格證審查、零部件熱處理后的機械性能（包括硬度）試驗報告審查，零部件熱處理報告或曲線圖審核。

（5）機殼等承壓部件壓力及氣密性試驗見證：水壓試驗：機殼及密封腔、工藝氣管路；試驗壓力：設計壓力的1.5 倍，保壓時間不少于30min ；氣密性試驗壓力：機殼按照設計壓力的1.0倍進行，保壓時間不少于30min ；氣密性試驗介質：當輸送介質相對分子量≤12，用氦氣做介質進行氣密性試驗；當輸送介質相對分子量＞12 時，用氮氣或空氣做介質進行氣密性試驗。

（6）液體滲漏試驗部件：增速齒輪的箱體；壓縮機機旁回油管路，機組配套油站的主油箱、高位油箱。

（7）熱處理檢查：筒體、端蓋：粗加工后的消應力熱處理（適用于BCL 型壓縮機）；平衡盤、推力盤：粗加工后的消應力熱處理；主軸：粗加工消應力熱處理；半精加工后的穩定化熱處理；葉輪：粗加工后消應力熱處理；焊接后的消應力熱處理；半精加工后的固溶化+ 真空時效熱處理；焊接機殼：焊后消應力熱處理；粗加工后的消應力熱處理（適用于水平剖分型壓縮機）；隔板：鑄造后的消應力熱處理；軸齒輪、大齒輪：粗加工后的消應力熱處理及齒面硬化熱處理（適用于齒輪整體增速型壓縮機；當主機配有齒輪箱時）；齒輪箱體：焊后消應力熱處理（適用于齒輪整體增速型壓縮機；當主機配有齒輪箱時）。

（8）無損探傷檢查：筒體、端蓋：粗加工后進行UT、精加工后進行MT 檢測、端蓋焊接“絲堵”后進行PT 檢檢測（適用于垂直剖分型壓縮機）；主軸、平衡盤、推力盤：進行UT（粗加工后）、MT 檢測（精加工后）；隔板：MT/PT 檢測（技術協議如有規定）；葉輪：粗加工后進行UT 檢測、精加工后進行MT 檢測、PT（消應力熱處理后、固溶化熱處理后、精加工后、超速試驗后）；軸齒輪、大齒輪：粗加工后進行UT 檢測、精加工后進行MT 檢測（適用于齒輪整體增速型壓縮機；當主機配有齒輪箱時）；焊接機殼：軸承體與中分面法蘭焊后UT 檢測，進出風筒環焊縫的RT 檢測，彎板與端板、中分面法蘭、進出風筒焊縫的PT 檢測（適用于水平剖分型壓縮機）。當壓縮機的機旁氣管路需進行RT 檢測。

（9）主要部件尺寸及外觀質量檢查，尺寸：各部件主要配合尺寸；隔板束：水平度檢查。外觀質量：鑄、鍛件、鉚焊件的外觀質量及內部清潔度。

（10）葉輪超速試驗：試驗轉速確定：為最大連續轉速的1.15倍；試驗時間的確定：時間不少于1min。

（11）主軸消磁處理、轉子的機械及電跳量檢查、轉子低速、高速動平衡試驗及跳閘轉速試驗：轉子消磁處理后的殘磁最大允許值為5 高斯；轉子的葉輪、主軸頸、油封、氣封、隔套、聯軸節的徑向跳動值；葉輪、推力盤、聯軸節的端面跳動值；轉子的機械電跳量值≤6.35μm。

（12）機組底座：消應力處理；地腳螺栓孔定位尺寸檢查。

（13）壓縮機總裝：①外購件核對；②主要零部件標識核對、清潔度檢查；③壓縮機總裝間隙檢查。

（14）運轉試驗前的準備：①試車大綱確認；②試驗用儀表檢查；③油系統的清潔度檢查。

（15）運轉試驗：①機械運轉試驗穩定運行時間不少于4 小時；軸承溫度；潤滑油溫升；軸的驅動端及非驅動端的未濾波的雙向振幅；機組噪聲；②解體檢查：全部軸瓦、軸頸表面，應無劃痕及劃傷；級間密封、口圈密封、平衡盤密封，應無劃痕劃傷。

（16）涂裝及發運前檢查：產品銘牌、轉向標識應固定在醒目位置、機加工表面和非機加工表面防銹處理、所有開孔或公用接口必需封口，合同有要求的需帶配對法蘭、墊片、螺栓螺母。

機組色標檢查。

清點零部件、配套件。

核對隨機資料。

包裝檢查：裝箱清單；箱內零部件要固定、防雨、防潮；封箱要牢固；箱外收貨嘜頭、重心標識、起吊標識、垛碼數等。

4 機械運轉試驗振動超標典型故障剖析

離心壓縮機的機械運轉試驗振動超標主要由于轉子不對中和不平衡，軸瓦間隙過大引起的。

轉子不對中通常是指相鄰兩轉子的軸心線與軸承中心線的傾斜或偏移程度。

轉子不對中可分為聯軸器不對中和軸承不對中。

聯軸器不對中。

可分為平行不對中、偏角不對中和平行偏角不對中三種情況。

（1）平行不對中時振動頻率為轉子工頻的兩倍。

（2）偏角不對中使聯軸器附加一個彎矩，以力圖減小兩個軸中心線的偏角。軸每旋轉一周，彎矩作用方向就交變一次，因此，偏角不對中增加了轉子的軸向力，使轉子在軸向產生工頻振動。

（3）平行偏角不對中是以上兩種情況的綜合，使轉子發生徑向和軸向振動。

軸承不對中實際上反映的是軸承座標高和軸中心位置的偏差。

軸承不對中使軸系的載荷重新分配。負荷較大的軸承可能會出現高次諧波振動，負荷較輕的軸承容易失穩，同時還使軸系的臨界轉速發生改變。

轉子不對中故障的特征是：

（1）轉子徑向振動出現二倍頻，以一倍頻和二倍頻分量為主，軸系不對中越嚴重，二倍頻所占的比例就越大，多數情況甚至出現二倍頻能量超過一倍頻能量。

（2）振動信號的原始時域波形呈畸變的正弦波。

（3）聯軸器兩側相鄰兩個軸承的油膜壓力呈反方向變化，一個油膜壓力變大，另一個則變小。

（4）典型的軸心軌跡為月牙形、香蕉形，嚴重對中不良時的軸心軌跡可能出現“8”字形。

不平衡是各種旋轉機械中最普遍存在的，引起轉子自不平衡的原因是多方面的：

（1）轉子的結構設計不合理、機械加工質量偏差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差。

（2）轉子部件缺損，如：運行中由于腐蝕、磨損、介質不均勻結垢、脫落。

（3）轉子受疲勞應力作用造成轉子的零部件局部損壞、脫落，產生碎塊飛出等。

轉子自不平衡的振動信號，其時間波形和頻譜圖一般具有如下典型特征：

（1）原始時域波形的形狀接近一個純正弦波。

（2）振動信號的頻譜圖中，諧波能量主要是集中在轉子的工作頻率（1X）上，即基頻振動成分所占的比例很大，而其它倍頻成分所占的比例相對較小。

（3）在升降速過程中，當轉速低于臨界轉速時，振幅隨轉速的增加而上升。當轉速越過臨界轉速之后，振幅隨轉速的增加反而減小，并趨向于一個較小的穩定值。當轉速等于或接近臨界轉速時，轉子將會產生共振，此時的振幅具有最大峰值。

（4）當工作轉速一定時，振動的相位穩定。

（5）轉子的軸心軌跡圖呈橢圓形。

5 結束語

離心壓縮機是石油化工生產工業中不可或缺的重要設備，它的制造質量直接關系到運行工作質量直接影響到企業的經濟效益，因此務必應該加以重視。本文首先介紹了其制造過程的質量控制要點，然后對機械運轉試驗的振動超標原因進行了具體剖析，使其在業主現場實現一次開車成功的理想效果。