壓縮機軸位移異常分析及處理方案

席光耀

（銅陵有色金冠銅業分公司，安徽銅陵 244000）

0 引言

某廠空分系統原料壓縮機計劃于2017 年3 月進行大修，主要目的是對壓縮機轉子、定子、軸承及密封進行預防性維護，同時對儀表線路及探頭進行復測檢查。

壓縮機為單軸4 級壓縮，殼體為水平剖分式結構，首級葉輪與次級葉輪間配套推力+徑向組合軸承（進氣側軸承），用于承受轉子支撐及軸向作用力。末級葉輪背面配套徑向軸承（排氣側軸承），用于承受轉子徑向力，徑向軸承采用可傾瓦軸承，推力軸承采用米歇爾型軸承。

壓縮機轉子采用一套軸位移監測系統，用于測量轉子運行過程中的竄動情況。一旦出現異常則會觸發聯鎖報警或跳車，保護機組以避免推力軸承瓦面損傷，以及轉子與定子碰擦。軸位移測點固定在進氣側軸承座殼體上，方向由排氣側指向進氣側，測向一級葉輪背面。

壓縮機剖面簡圖如圖1 所示。

圖1 壓縮機剖面簡圖

1 現狀說明

壓縮機于3 月13 日開始進行軸位移調整，現場具體布置參見圖2。軸位移調整及探頭安裝一般采用現場測電壓或者室內看位移兩種方法，現場采用測電壓方法進行。

具體實施步驟：①安裝好徑向軸承下半部分，吊裝轉子與機組之上，安裝好徑向軸承上半部分及推力軸承，恢復軸承壓蓋；②將百分表放置合適位置，盤動轉子并測出轉子總竄量（實測總竄量0.42 mm）；③將轉子推至一側，百分表歸零，再將轉子盤動推至中間位置（百分表表顯數據0.21 mm）；④確定好零點電壓，保證測量值始終在探頭特性的線性范圍內；⑤安裝探頭，取間隙電壓為DC 9.75 V 左右的位置為探頭固定位置，鎖緊探頭螺栓；⑥固定儀表線路，進入下步安裝工序。

圖2 軸位移安裝位置

待試機前檢查發現軸位移異常現象，正常設計值參見表1。DCS 監控軸位移顯示值分別為0.902 4 mm（ZI40115A），0.845 8（ZI40115B），理論上2 個探頭顯示值應為0 mm。2 套軸位移測點ZI40115A 和ZI40115B 在此次大修前后存在明顯差異。隨著生產負荷提升，壓縮機導葉逐漸開大，軸向力會有所變化，軸位移可能會進一步增加的風險，目前軸位移處于報警及跳車至邊緣，隨時會聯鎖跳車，影響生產。

表1 壓縮機軸位移設計報警連鎖值

2 原因分析

壓縮機軸位移監測系統采用本特利產品，主要由探頭（BN 330705）、延伸電纜、前置器（ProvibT Ax/BN/9m TR3102）和相關附件構成，位移零點電壓缺省設置為DC 9.75 V。前置器上有4個端子（圖3），測量1#、3#端子讀出的數據是探頭間隙電壓（狀態監測），測量2#、3#端子讀出的數據是前置器反饋至DCS 的電流信號（PLC/DCS），3#、4#端子是控制電源。

圖3 前置器結構簡圖

檢查DCS 軸位移監控數據，調整完后軸位移數據即為0.902 4 mm/0.845 8 mm，試車后復測探頭間隙電壓為DC 13.082 V（ZI40115A），DC 12.928 V（ZI40115B），如圖4 所示。說明軸位移調整過程中間隙電壓測量有誤，造成偏差。后經現場測試，前置器端子選取有誤，且誤測端子作為間隙電壓是造成軸位移偏差的原因。

圖4 復測探頭間隙電壓

在安裝過程中對轉子密封盤車跑合，調整對中等均需轉動轉子，轉子的位置勢必不會保持在零點位置，轉子的位置經過盤車即發生變化，如圖5 所示。

圖5 安裝調試期間軸位移變化趨勢

盤車過程中軸位移數據見表2，轉子不同程度上往進氣側和排氣側極限位置靠攏，且相對數據變化幅度均在0.21 mm 范圍內。這樣更加能確定首次調整后的位置（0.902 4 mm、0.845 78 mm）即為轉子實際零點位置。尤其需要注意的是，3 月19 日試車前軸位移數據（0.72 mm、0.64 mm）不能作為零點位置，轉子的盤車以及聯軸器的安裝均會造成軸位移的變化，此時轉子實際位置靠近排氣側。

3 處理方案

通過取證分析，確定異常現狀原因，然后進行推算，確定后續處理方案。壓縮機軸位移X 與探頭間隙電壓U 關系為U=S[X-Xmin]+U0-S∣Xmin∣，其中，S 為靈敏度，8 mV/μm；Xmin為探頭量程最小值，-2 mm；U0為位移零點電壓缺省值，9.75 V。

表2 壓縮機軸位移安裝調試過程中變化值

根據現場轉子實際竄量可知，軸位移X 應在-0.21～+0.21 mm波動，間隙電壓U 應保持在8.07～11.43 V，日常可通過復測間隙電壓推算出轉子實際軸位移。若按照0.902 4 mm/0.845 78 mm 作為零點重新調整，間隙電壓應保持在16 V 左右。

由表3 可知，壓縮機檢修前ZI40115A 運行數據在0.385～0.55 mm，ZI40115B 運行數據在0.465～0.526 mm，轉子零點位置為0。依此推算，當前空壓機軸位移ZI40115A 運行數據應在1.287～1.452 mm，ZI40115B 運行數據應在1.310～1.371 mm。實際運行過程中，軸位移的變化與諸多因素有關，例如，轉子殘余不平衡力的影響，密封泄漏量的影響，推力軸承及潤滑狀況的影響，軸位移自身監測系統的影響，環境溫度影響，轉子殼體熱膨脹因素影響，IGV 及BOV 開度的影響等，針對不同故障的誘因采取的對策不盡相同。

表3 壓縮機軸位移在檢修前后對比

經討論，提出如下3 種方案。

（1）方案1。按首次反饋的零點位置，重新設置報警及跳車值（表4）。針對后期遇到的異常狀況，再酌情調整。

表4 壓縮機軸位移修改方案

（2）方案2。停機調整，具體做法：停空壓機，冷卻足夠時間（確保空壓機內外溫度接近），拆除隔音罩（行車進行吊裝作業）。拆開空壓機上殼體人孔蓋，進入空壓機進氣側軸承座上部，拆除軸承座上壓蓋。拆除空壓機聯軸器、排氣側軸承端蓋及各項儀表，安裝盤車器手動盤車，打表將轉子找至零點位置。重新調整軸位移探頭，回裝各零部件及儀表。排除冷機時間、拆除隔音罩時間，設備檢修時間預計需要48 h。

（3）方案3。停機調整，具體做法：記錄當前停機軸位移數據，在實際數據基礎上分別減去0.902 4 mm（ZI40115A），0.845 8 mm（ZI40115B）。拆開空壓機上殼體人孔蓋及軸承座上壓蓋，手動調整軸位移探頭。同時對照DCS 數據，保證調整數據與計算的數據相同即可，恢復安裝。該檢修時間預計8 h。需要指出的是，該方案前提是確認轉子零點位置，實際意義與方案1 并無多大區別。

因壓縮機揭蓋檢修耗費時間較長，嚴重影響生產計劃，后續采用方案1 計劃執行，按程序申請調整聯鎖值，并計劃在2018年大修，重新調整軸位移。

調整聯鎖值后，機組持續穩定運行至2018 年大修，期間未因軸位移異常發生聯鎖。2018 年大修檢查，壓縮機推力軸承巴氏合金無磨損，瓦面狀態良好。

4 經驗和啟發

（1）通過學習掌握軸位移與間隙電壓的對應關系，以便常規檢查時即可復核轉子實際狀況與DCS 數據是否吻合。

（2）機組軸位移安裝間隙與運行過程中的數據相差較大。主要是機組本體、探頭等受熱會朝向自由端膨脹，常規檢查務必等到機組完成冷卻到常溫后進行測量，數據相對準確。

（3）條件允許情況下應當立即重新調整，否則一旦出現問題，輕則跳車，重則導致軸承磨損，機組不可逆損傷。

（4）此次案例給設備管理人員帶來深刻教訓，實際工作中多加細心，凡事要系統性考慮、確認。才能保障工作質量，往往一個小小疏忽帶來的結果是慘痛、巨大的。