軸流壓縮機(jī)軸承箱振動(dòng)大原因排查與處理

葉宗春，何世文，陳道海

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能源管控中心，安徽馬鞍山 243000）

1 軸流壓縮機(jī)軸系統(tǒng)概況

馬鋼2 500 m3高爐風(fēng)機(jī)房2004 年引入一臺(tái)陜鼓制造的AV80-15 軸流壓縮機(jī)組，轉(zhuǎn)速4 257 r/min，配套了1 500 r/min 的西門(mén)子同步電機(jī)和MAAG 增速齒輪箱。該機(jī)組軸系如圖1所示，共有8只徑向滑動(dòng)軸承（1～8）和3副推力軸承（9～11），增速齒輪箱與同步電動(dòng)機(jī)及軸流壓縮機(jī)的聯(lián)接均采用膜片聯(lián)軸器（12、13）。

圖1 軸流壓縮機(jī)軸系示意圖

2 軸承箱振動(dòng)大現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)與初步處理

2.1 機(jī)械振動(dòng)—振動(dòng)烈度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

軸流壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)高爐生產(chǎn)十分重要，而振動(dòng)是反應(yīng)壓縮機(jī)運(yùn)行狀況的重要參數(shù)。振動(dòng)如果超過(guò)允許范圍，設(shè)備將產(chǎn)生較大的動(dòng)載荷和噪聲，從而影響其工作性能和使用壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。為此，該軸流壓縮機(jī)配置了Bently 3500 系統(tǒng)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸振動(dòng)位移量，同時(shí)定期人工檢測(cè)軸承箱體的振動(dòng)速度值。根據(jù)《機(jī)械振動(dòng)—振動(dòng)烈度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（ISO394-1985）中規(guī)定的，轉(zhuǎn)速范圍為10～200 r/s的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度的評(píng)定等級(jí)（見(jiàn)表1），振動(dòng)烈度在B 級(jí)以上的機(jī)器可長(zhǎng)期運(yùn)行，其中剛性支承軸承振動(dòng)烈度速度值在4.6 mm/s以下。

表1 大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度的評(píng)定等級(jí)

2.2 機(jī)組軸承的異常現(xiàn)象與故障

2011 年底該機(jī)組壓縮機(jī)傳動(dòng)端軸承箱體軸向振動(dòng)速度偏大，達(dá)到7 mm/s。2012 年9 月檢查軸承時(shí)發(fā)現(xiàn)軸瓦緊力不足，處理后軸承箱的軸向振動(dòng)速度降到3 mm/s 左右，之后又逐漸增大到7 mm/s 左右。根據(jù)表1，該機(jī)組振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí)為C 級(jí)（4.6～11.2 mm/s），尚可短期運(yùn)行，但必須采取補(bǔ)救措施。由于該機(jī)組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的各軸振動(dòng)數(shù)值一直穩(wěn)定在正常范圍內(nèi)，對(duì)機(jī)組其他部位振動(dòng)速度檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)明顯異常，未能查明軸承箱體軸向振動(dòng)速度偏大的原因。

2016年1月該機(jī)組因推力軸承副推面溫度探頭及備用探頭均故障而停機(jī)檢修，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)該推力軸承副推面瓦塊的下平衡塊開(kāi)口定位銷(xiāo)斷裂13根，更換定位銷(xiāo)后投入僅3天再次出現(xiàn)推力軸承副推面溫度探頭故障，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)又有4根定位銷(xiāo)斷裂。由于連續(xù)出現(xiàn)了相同的故障，已影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須查明故障原因。

2.3 軸承箱振動(dòng)大的原因分析與初步處理

初步分析，推力軸承的故障與軸承箱軸向振動(dòng)速度大的現(xiàn)象有關(guān)聯(lián)性，壓縮機(jī)軸系應(yīng)該有交變的軸向力。判斷軸承箱軸向振動(dòng)速度大的原因可能有：

（1）軸承座剛性不足或基礎(chǔ)螺栓緊力不足；

（2）軸瓦間隙或瓦與殼接觸不良；

（3）軸系對(duì)中不良；

（4）膜片聯(lián)軸器因膜片失效導(dǎo)致性能不穩(wěn)定等。

針對(duì)這些可能的原因先后進(jìn)行了多次檢修，2016年2月對(duì)軸承箱、高速軸聯(lián)軸器檢查，調(diào)整軸承的軸瓦間隙及軸承緊力，加固軸承箱底腳螺栓，調(diào)整聯(lián)軸器墊片增加檔距；2017 年8 月調(diào)整軸流壓縮機(jī)軸系對(duì)中，更換了膜片聯(lián)軸器，檢查軸承底座基礎(chǔ)貫穿螺桿。每次檢查均未發(fā)現(xiàn)明顯問(wèn)題，在調(diào)整回裝后該點(diǎn)振動(dòng)有所好轉(zhuǎn)，但是投運(yùn)一段時(shí)間振動(dòng)再次增大，軸向振動(dòng)速度最大時(shí)達(dá)到11.5 mm/s。2005 年到2017 年軸承箱軸向振動(dòng)速度有效值趨勢(shì)如圖2所示，振動(dòng)大問(wèn)題未能得到根本解決。

圖2 軸向振動(dòng)速度有效值趨勢(shì)圖

3 振動(dòng)大原因的進(jìn)一步排查分析

3.1 軸承箱振動(dòng)變化規(guī)律總結(jié)與分析

因軸承箱振動(dòng)大問(wèn)題一直未能根除，對(duì)此進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤觀測(cè)，根據(jù)跟蹤數(shù)據(jù)總結(jié)出該點(diǎn)振動(dòng)的一些規(guī)律。

規(guī)律一：機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)投運(yùn)后該點(diǎn)軸向振動(dòng)速度在3 mm/s以?xún)?nèi)，但在運(yùn)行一天以上后該點(diǎn)軸向振動(dòng)速度逐漸上升至5～9 mm/s。

規(guī)律二：該點(diǎn)軸向振動(dòng)速度夏季比冬季高，夏季在8 mm/s左右，冬季在5 mm/s左右。

規(guī)律三：該點(diǎn)軸向振動(dòng)速度對(duì)進(jìn)氣溫度比較敏感，氣溫急速下降或脫濕投運(yùn)時(shí)，振動(dòng)速度會(huì)明顯上升，甚至到10 mm/s以上。

從以上規(guī)律分析該點(diǎn)的軸向振動(dòng)速度偏大與溫度有關(guān)，進(jìn)一步推斷應(yīng)該是溫度引起的轉(zhuǎn)軸熱膨脹導(dǎo)致軸向振動(dòng)加劇。壓縮機(jī)與增速箱小齒輪軸系上兩端各有一副推力軸承，限制了轉(zhuǎn)軸的軸向位置，壓縮機(jī)冷態(tài)與熱態(tài)溫差約200 ℃，由此產(chǎn)生的軸向膨脹量由壓縮機(jī)與增速齒輪箱之間的膜片聯(lián)軸器吸收，轉(zhuǎn)軸的膨脹量可能會(huì)使膜片聯(lián)軸器軸向壓縮量過(guò)大導(dǎo)致失穩(wěn)。

3.2 膜片聯(lián)軸器參數(shù)驗(yàn)證

為驗(yàn)證以上判斷，2017 年底對(duì)聯(lián)軸器參數(shù)進(jìn)行檢查復(fù)核。在壓縮機(jī)剛停機(jī)熱態(tài)情況下聯(lián)軸器的檔距為1 435 mm，冷態(tài)下聯(lián)軸器的檔距為1 439.5 mm。查看聯(lián)軸器圖紙，其軸向尺寸為1 440.5 mm；查看壓縮機(jī)安裝圖紙，聯(lián)軸器的安裝檔距為（1 440.5＋8）mm，其中8 mm 是膜片聯(lián)軸器的預(yù)拉伸量。預(yù)拉伸是指在膜片聯(lián)軸器冷態(tài)安裝時(shí)軸向預(yù)先拉伸一定的量，使聯(lián)軸器膜片在軸系熱態(tài)膨脹后軸向變形減小，延長(zhǎng)膜片的使用壽命。由檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)在安裝中忽略了聯(lián)軸器的預(yù)拉伸量，且在膜片聯(lián)軸器兩側(cè)還各加了1.6 mm 的墊片，使膜片聯(lián)軸器在冷態(tài)時(shí)就有了3.2 mm 的壓縮量，在轉(zhuǎn)軸熱態(tài)膨脹后壓縮量更大，承受較大的軸向壓縮力。

4 膜片聯(lián)軸器預(yù)拉伸量不足問(wèn)題處理

4.1 處理方案分析

針對(duì)聯(lián)軸器安裝檔距不夠的問(wèn)題，與陜鼓及聯(lián)軸器廠家人員共同分析協(xié)商處理方案。

方案一：壓縮機(jī)的整體移動(dòng)讓出8 mm，難度大，基本不可能；

方案二：聯(lián)軸器中間段切斷縮8 mm 再重新焊，對(duì)施工精度要求高，存在較大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，且今后的聯(lián)軸器備件申報(bào)也比較困難；

方案三：重新制作聯(lián)軸器的過(guò)渡法蘭（圖3中部件2），軸向尺寸縮短8 mm，較為簡(jiǎn)單，成本低，且對(duì)今后的檢修和聯(lián)軸器備件沒(méi)有影響。

圖3 膜片聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)尺寸圖

4.2 方案實(shí)施與效果檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)分析討論，決定采用方案三，委托廠家重新制作聯(lián)軸器靠增速齒輪箱側(cè)的過(guò)渡法蘭，將過(guò)渡法蘭軸向尺寸由55 mm 降為47 mm，縮短8 mm，其他尺寸不變。

2018年4月新的過(guò)渡法蘭制作完成后更換下原過(guò)渡法蘭，滿足了膜片聯(lián)軸器的預(yù)拉伸要求。隨后該機(jī)組投入運(yùn)行，經(jīng)2年多的跟蹤觀測(cè)，壓縮機(jī)傳動(dòng)端軸承箱軸向振動(dòng)速度值穩(wěn)定在3.5 mm/s 左右，溫度變化對(duì)振動(dòng)影響很小，壓縮機(jī)推力軸承溫度及平衡塊定位銷(xiāo)未出現(xiàn)異常故障。該機(jī)組的振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí)為B級(jí)，可以長(zhǎng)期運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)軸流壓縮機(jī)軸承箱振動(dòng)速度大的原因排查與處理，解決了生產(chǎn)難題，確保軸流壓縮機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)膜片聯(lián)軸器的使用與維護(hù)有了更深的理解，特別是在同一軸系中有兩個(gè)推力軸承的情況下如何設(shè)置膜片聯(lián)軸器的預(yù)拉伸量，提高了處理類(lèi)似問(wèn)題的能力。