冷劑壓縮機(jī)組運(yùn)行異常振動(dòng)分析及對(duì)策

吳安治

(云南云天化石化有限公司，云南 安寧 650309)

1 引言

冷劑壓縮機(jī)組作為異辛烷裝置核心設(shè)備之一，安全穩(wěn)定運(yùn)行，是保證裝置長周期生產(chǎn)的前提。該機(jī)組由電機(jī)、增速箱、壓縮機(jī)、油系統(tǒng)組成，機(jī)組電機(jī)和增速箱低速軸沒有配置在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)探頭。

2 故障情況

壓縮機(jī)組自2017年9月底開車以來，一直運(yùn)行平穩(wěn)，在11月初巡檢發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)組振動(dòng)速度有異常波動(dòng)，查DCS后臺(tái)，發(fā)現(xiàn)增速箱高速軸振幅在11月4日出現(xiàn)第一次大的水平、垂直波動(dòng)，之后一直存在無規(guī)律間斷性突跳現(xiàn)象，最大值為30 μm。查詢壓縮機(jī)2018年1月17日之前77天振動(dòng)趨勢(shì)基本穩(wěn)定；電機(jī)和增速箱低速軸因沒有在線監(jiān)測(cè)，采用便攜式測(cè)振儀進(jìn)行人工測(cè)量記錄，見表1～3，電機(jī)最大振動(dòng)速度未超過0.8 mm/s，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)值2.3 mm/s，低速軸軸向振動(dòng)速度比最初有增大，由于該突發(fā)現(xiàn)象的出現(xiàn)，給裝置長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行留下了嚴(yán)重隱患。

表1 壓縮機(jī)原運(yùn)行記錄

表2 電機(jī)原運(yùn)行記錄

表3 增速箱原運(yùn)行記錄

3 振動(dòng)原因分析

在增速箱低速軸和電機(jī)沒有在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的情況下，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況、運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性分析，并進(jìn)一步確認(rèn)處理，詳細(xì)處理過程如下。

3.1 增速箱地腳螺栓松動(dòng)

地腳螺栓松動(dòng)造成增速箱箱體固定不牢，在高速旋轉(zhuǎn)離心力作用下，引起高、低速軸的大、小齒輪嚙合不良，導(dǎo)致高、低速軸水平、垂直方向振動(dòng)增大，特別是水平方向的振動(dòng)增大。

3.2 潤滑油含有雜質(zhì)

潤滑油含有雜質(zhì)，特別是機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入齒輪嚙合，引起轉(zhuǎn)子發(fā)生突跳現(xiàn)象，造成齒面損傷。

3.3 增速箱推力軸承磨損

從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中可看出，低速軸軸向振動(dòng)與之前試車數(shù)據(jù)相比有明顯增大。同時(shí)，通過高速軸在線監(jiān)測(cè)振動(dòng)歷史趨勢(shì)圖看出，在2017年11月1日以前，基本為一條直線，從11月1日開始至今一直存在小幅波動(dòng)，中間伴隨間斷大幅波動(dòng)。

從增速箱結(jié)構(gòu)看到，增速箱只有低速軸的電機(jī)端有推力軸承，其它全部為支撐軸承。當(dāng)推力軸承發(fā)生磨損后，低速軸軸向振動(dòng)增大，轉(zhuǎn)子就會(huì)往壓縮機(jī)端移動(dòng)，而高速軸因壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子未發(fā)生位移，保持了原有位置。在此種情況下，大、小齒輪因低速軸轉(zhuǎn)子的位移，造成了嚙合位置的改變，引起轉(zhuǎn)子出現(xiàn)水平、垂直方向振動(dòng)小幅波動(dòng)。而低速軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量較大，高速軸轉(zhuǎn)子質(zhì)量較小，又表現(xiàn)為低速軸水平、垂直振動(dòng)增長較小，高速軸水平、垂直振動(dòng)增長較大。

3.4 齒輪齒面存在點(diǎn)蝕

點(diǎn)蝕使齒面承載面積減少，引起沖擊和噪聲。初始階段一般不構(gòu)成破壞，隨著繼續(xù)運(yùn)行，點(diǎn)蝕和剝落區(qū)域不斷擴(kuò)大，出現(xiàn)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，振動(dòng)增加，傳動(dòng)噪聲增大，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致輪齒折斷。

3.5 增速箱軸承存在油膜渦動(dòng)現(xiàn)象

軸瓦運(yùn)行中出現(xiàn)裂痕、磨損致使軸瓦間隙過大等原因，會(huì)使滑動(dòng)軸承發(fā)生油膜渦動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)，引起增速箱轉(zhuǎn)子表現(xiàn)為水平、垂直振動(dòng)的增加。

3.6 工藝參數(shù)變化較大

從壓縮機(jī)入口溫度、流量、壓力的歷史趨勢(shì)圖中看出，壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)變化較大(表4)，使齒輪在嚙合過程中，相互接觸的齒面受到周期性變化的接觸應(yīng)力的作用，當(dāng)接觸應(yīng)力超出材料的接觸疲勞極限時(shí)，在載荷的多次重復(fù)作用下，齒面會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞裂紋，封閉在裂紋中的潤滑油的擠壓作用使裂紋擴(kuò)大，最后導(dǎo)致表層小片狀剝落而形成麻點(diǎn)，造成突跳現(xiàn)象的出現(xiàn)。

表4 入口溫度、流量、壓力變化值

4 應(yīng)對(duì)措施

4.1 增速箱地腳螺栓松動(dòng)

在機(jī)組運(yùn)行情況下，采用便攜式測(cè)振儀測(cè)量增速箱地腳螺栓處，記錄箱體和底座撐高8個(gè)方向的振動(dòng)速度均未超過0.02 mm/s。檢查緊固所有地腳螺栓后，再進(jìn)行箱體和底座撐高振動(dòng)速度測(cè)量記錄，與之前一樣未超過0.02 mm/s。對(duì)比分析后，排除此種可能。

4.2 潤滑油含有雜質(zhì)

根據(jù)大機(jī)組管理規(guī)定，每月對(duì)潤滑油進(jìn)行油質(zhì)分析，對(duì)比各項(xiàng)指標(biāo)，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，排除潤滑油不合格的可能。分析結(jié)果見表5。

表5 2018年1～6月潤滑油分析結(jié)果

4.3 增速箱推力軸承磨損

因生產(chǎn)需要繼續(xù)運(yùn)行，采取每天監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)變化；以及梳理事故備件作好準(zhǔn)備，如果振動(dòng)增大到機(jī)組無法運(yùn)行時(shí)，停車進(jìn)行解體徹底檢查。

4.4 齒輪齒面存在點(diǎn)蝕

聯(lián)系工藝盡可能穩(wěn)定壓縮機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，減少頻繁波動(dòng)，降低齒面受到周期性變化的接觸應(yīng)力，延長齒輪壽命。

因生產(chǎn)需要繼續(xù)運(yùn)行，保持現(xiàn)有振動(dòng)繼續(xù)運(yùn)行，每天監(jiān)控機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)變化，一旦振動(dòng)繼續(xù)增大到無法運(yùn)行時(shí)，立即停車解體徹底檢查。

4.5 增速箱軸承存在油膜渦動(dòng)現(xiàn)象

聯(lián)系工藝配合，改變潤滑油供油量、溫度和壓力的情況下，在每一種狀態(tài)運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。通過試驗(yàn)，壓縮機(jī)振動(dòng)未發(fā)現(xiàn)明顯變化，基本排除該種原因。

4.6 工藝參數(shù)變化較大

聯(lián)系工藝穩(wěn)定壓縮機(jī)入口流量、壓力、溫度的情況下，進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)測(cè)量記錄(表6)

表6 工藝參數(shù)穩(wěn)定時(shí)記錄數(shù)據(jù)

從記錄表中可看出，機(jī)組振動(dòng)下降，基本與原記錄數(shù)據(jù)吻合。但是否存在齒輪疲勞損壞，有待停機(jī)解體徹底檢查。

同時(shí)查看對(duì)比工藝記錄與操作規(guī)程是否一致，經(jīng)查閱工藝記錄均未超出操作規(guī)程要求范圍內(nèi)，但存在負(fù)荷變動(dòng)不可能及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄的現(xiàn)象。

5 結(jié)論

經(jīng)過長期的分析、試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)，冷劑壓縮機(jī)組異常振動(dòng)控制在可控范圍內(nèi)，有待進(jìn)一步分析判斷。但基本可以肯定的是，入口流量、壓力、溫度的大幅變化，對(duì)壓縮機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，有最直接的影響。另外機(jī)組本身的問題，待停機(jī)檢修時(shí)進(jìn)行徹底解體檢查處理。