大型離心壓縮機組振動故障診斷與處理分析

程鵬達

（中海石油天野化工有限責任公司，內蒙古 呼和浩特 010000）

大型離心壓縮機組是一種十分重要的動力設備類型，體積大、重量沉、構造復雜、投產時間相對較早、作業工況波動性較大等均是其主要特征，增加了其投用階段相關故障問題的發生率，特別是振動故障。

圖1是DA1000壓縮機組的構成圖。所有軸承均應用L-TSA32器油進行潤滑，壓縮機額定流量、轉速、工作電壓比分別是1100m/min、5430r/min、5.5。

圖1 DA1000壓縮機組的構成圖

1 離心壓縮機組的振動故障

1.1 離心壓縮機

（1）主電機形成較大振動，把振動傳送給離心壓縮機，進而造成壓縮機出現較大振動。（2）壓縮機自身的精準性遭受不同程度的損害。（3）機器中出現了共振現象。當設備即將抵達臨界轉速時，設備的振動幅度明顯增加，進而引起共振現象。此外，若設備內部分零部件的振動頻率抵達倍數關系時，則也會出現共振現象。（4）壓縮機在喘振區運轉時，壓縮機出口便會形成一定壓力，在這樣的工況下，振動幅度顯著增加，以致離心機出現較大振動現象。（5）若轉子及定子的同心度準許偏差超出限定值時，也會引發振動問題。

1.2 轉子類故障

轉子是壓縮機中內置轉子，其隸屬于制作工藝的轉子范疇，不管是在材料還是其他方面，均會引起各種振動故障。且在離心壓縮機內部運轉階段，轉子不可能始終能維持平衡狀態，因此會造成轉子出現不同程度而定偏差，也可能會造成轉子旋轉中心出現不同程度的誤差，發生以上這種情況，會造成在離心力作用下轉子轉動效率降低，造成轉軸上轉子出現晃動，進而導致壓縮機出現大幅度振動問題。

2 振動故障的診斷

2.1 振動測量

采集振動數據是診斷故障問題的基礎。將加速度傳感器（ICP型）逐一安裝在壓縮機、變速箱、軸向及電機外殼等位置，信號帶寬＞2.5kHz；數據采集分析儀采集、分析振動信號。OROS38的16/32輸入通道最大值24Bit A/D，動態范疇120dB，并行采樣率102.4kHz，信號、實時分析帶寬分別40kHz、20kHz，加速度傳感器能精準的監測到總量與差異化頻率下的振動值。參照振動烈度有關標準與設備設計要求，設定OROS38采樣率2Hz，振動信號寬帶范圍5～800Hz。

2.2 振動現象分析與診斷

要求本機組軸承的振動值≤4.3mm/s，參照機組的特性、設計使用壽命及現場應用現狀，適度拓寬限值。已知電機、壓縮機軸承振動的基頻分別是50Hz、90Hz，利用螺栓連接電機與壓縮機軸承座及底板。

監測了電機直接啟動、壓縮機節流啟動下，機組啟動與變載運轉情況，見圖2、圖3。觀察圖2內，隨著壓縮機轉速增加，其前軸向振動總量也隨之增長，振動值在較短時間內便超出了限定值限制值；隨著時間的延長，振動總量由20mm/s增長到約23.7mm/s。觀察圖3，可以初步推測基頻是振動現象的高發位置，且有2倍頻等高頻信號相伴隨。觀察分析電機、變速箱各測點振動總量變化的曲線圖，發現其振動總量沒有出現明顯波動，振動最高值＜4.3mm/s，運行狀態較平穩，能較好的滿足工業生產的現實要求。

圖2 各檢測點振動總量伴隨時間的變化曲線

圖3 全流量運轉時壓縮機各位置的振動分量

結合圖2、圖3，發現在全流量運轉工況下，隨著時間延長，軸承的軸向及水平振動均有增加趨勢，特別是后者始終持續增加到嚴重超標，頻譜的豐富度處于較高水平上，形成了基頻與高倍頻，軸承溫度持續升高，電機與齒輪箱均沒有出現異常振動。結合壓縮機振動特性分析結果，可以初步認定壓縮機與變速箱存在著熱不對中的狀況。

雖然齒輪箱的振動值不是很高，但在啟動環節中形成了異常的撞擊聲，現場檢查后發現大、小齒接觸面均出現了無規則的擠壓印痕。結合既往實踐中總結出的經驗，如果兩個軸承的中心線出現偏移、傾角、錯位等問題時，會造成嚙合間隙和設計要求之間出現較大出入；當齒輪箱進到或脫離嚙合時，便會產生一定嚙合沖擊力，進而誘導嚙合頻率及其各次諧波幅值出現明顯波動，據此可以斷定齒輪箱大、小軸在安裝時存在一定誤差；軸承上壓蓋到底座的振動值有持續增加的趨勢，并且軸承水平與軸向振動檢測值均處于較高水平上，可以斷定軸承存在著剛度弱化或者預緊不夠的情況。

在停機但能維持部件處于熱態的工況下，檢測對中狀況與變速箱兩軸之間形成的嚙合間隙，探查到機組的同軸度和設計要求之間形成很大的出入，變速箱的安裝情況也和設計要求存在較大偏差，壓縮機軸瓦持有的預緊力顯著不足。

分析了水平方向電機軸承在負荷狀態下的振動情況，觀察振動波形，發現電機軸承波形和正弦波有較高的相似度，一倍頻是主要的振動頻率，并且水平、垂直方向的振動有效值分別是4.39mm/s、3.42mm/s，由此可以認為電機轉子力失衡也是引起振動問題的主要因素之一。

3 處理方法

（1）開蓋后，檢測變速箱在加載運行工況下的安裝參數，依照現行規范及時檢修不符合項，盡早解除異常運行狀況，調試運行，解除以上因素形成的不良影響。

（2）在機組再次運轉停機后的熱態工況下檢測同軸度指標，確定了時機的熱變形量，通過在設備現場調試機組狀態，兼顧其啟動與全載運行工況下機組振動過程的穩定性，確定了最優的熱不對中糾正補償量，并采用了相應的調節與檢測調試運行方法。另外，在檢查過程中發現葉輪上吸附了約3mm的結膠樹脂時，也可能會造成壓縮機設備出現較大的振動問題，進而造成壓縮機中的轉子出現失衡，使壓縮機出現較大的振動故障。針對以上情況，可以規范的拆卸掉葉輪并認真清理雜質，而后在安裝時，應關注一些零部件的磨損情況，應及時調換新件。

（3）把壓縮機組前軸承預緊力調整到設計要求范疇的上限值，明顯增加了加底座緊固螺栓的約束能力。

（4）對電機轉子進行動力平衡修復，借此方式使其不平衡量均符合圖紙要求。定期指派技術人員清洗、干燥、浸漆、干燥處理電機定子，做好電機軸瓦等位置性能檢查工作。

4 結語

通過落實以上處理方法后，機組單機進行調試后，在以上整個過程中，各個測點振動在總量均能維持基本穩定。壓縮機前、后軸向測點的振動總量分別減少10.2mm/s、13.5mm/s，能確保運行過程的相對穩定性，在數次機械磨合運轉后，壓縮機組內各個測點振動值均被控制在限定值中，變速箱振動異常聲消除，復原值良好的接觸面狀態。機組歷經單機加載到滿載調試運轉、多機聯合調試運轉，最后將其投入工業生產領域中，觀察到其運行狀態良好。