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大型空分装置离心式压缩机振动故障分析及处理通负压风机振动的研
摘要 : 针对大型空分装置的空压机 + 氮气增压机压缩机机组振动故障进行分析 , 诊断出振动故障的原因，准确地找出了故障源 ： 在中压缸推力侧振动值突然升高，是由于转子不平衡引起的振动；在增速机输出侧振动值突然升高，是由于联轴器故障引起的振动。
关键词 ：离心式 压缩机；振动；故障分析
中图分类号： TH452 文献标识码： B
文章编号： 1006-8155 （ 2008 ） 03-0073-03
Analysis and Treatment for Vibration Fault in Centrifugal Compressor of Large-scale Air Separation Plant
Abstract: According to the analysis on vibration fault in compressor unit with air-compressor and nitrogen booster of large-scale air separation plant, the reason for vibration fault is diagnosed and the fault source is accurately found out. The reasons for the vibration value abruptly rising in thrust side of medium pressure cylinder and in outlet side of increasing gear are due to the vibration caused by unbalancing rotor and fault coupling respectively.
Key words: centrifugal compressor; vibration; fault analysis
0 引言
空分装置为化工企业的主要装置，空压机又是空分装置主要设备，空压机长期稳定运行，才能确保空分装置为其它工艺工程装置提供氧气和氮气。而振动是压缩机的常见故障 [1-3] ，振动过大会影响压缩机的可靠运行，给生产造成很大的损失。因此，保证压缩机的安全可靠运行，对提高生产效率及经济效益有重要的意义。
1 设备基本情况
某化肥厂 48000Nm 3 /h 空分装置安装了 DMCL1204+2MCL1203+3BCL608 离心式压缩机，该压缩机组由汽轮机、空压机低压缸及中压缸、增速机、氮气增压机组成，如图 1 所示，图中只绘出了二段进气的法兰，其余进出气法兰没有绘出。由于是生产初期，该机组没有安装振动测试分析仪。该机组汽轮机功率为 39299kW ，空压机流量为 246700Nm 3 /h ，空压机出口压力为 0.64MPa(A) ，空压机工作转速为 4405r/min ，氮气增压机的流量为 164407 Nm 3 /h ，氮气增压机出口压力为 8.31 MPa(A) ，氮气增压机工作转速为 9168 r/min 。
2 振动故障
2.1 故障特征 1
该空压机组安装完毕，并已通过机械运转，机组各轴瓦振动测点数值在正常范围之内。机组测振元件采用美国本特利测振探头，通过计算机实时跟踪记忆监测。
该空压机机组再次试运，投入空分装置，运行大约 10h ，空压机组中压缸如图 1 中测点 0013A/B 出现振动，振动值突然上升到 100 μ m ，即振动值超过了连锁值，致使空压机机组停机。
2.2 故障特征 2
由于是试运阶段，该压缩机组经多次启动运行，并多次拆装检修。又一次启动运行 8h 后，如图 1 变速机输出端 0016A/B 出现振动 , 振动值突然超过了连锁值，达到了满量程 150 μ m ，压缩机组再次停机。停机后，在微机实时记忆监测画面上显示该测点数值始终为 150 μ m ，没有归零。
该离心压缩机组的正常振动值、出现振动的位置及连锁值列于表 1 中。
表 1 空压机 + 氮气增压机机组振动值及连锁值
位置
位号
振动值 / μ m
连锁值 / μ m
增速机输出侧
0016A /B
10.2/9.2
91
中压缸推力侧
0013A /B
18.5/19.2
90
3 故障分析
离心式压缩机振动现象主要包括转子不平衡、对中不良、联轴器故障、轴承缺陷等。
由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的转子不平衡，这种原因引起的振动在试运之初，便会产生振动；由于转子上不均匀结垢、介质中粉尘的不均匀沉积、介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损等原因引起的转子不平衡，表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大；由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的转子不平衡，表现为振动值突然升高。
各转子之间用联轴器联接传递运动和转矩，由于机组的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机组基础的不均匀沉降等，有可能会造成机组工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动，而且振动会随不对中严重程度的增加而增大。
联轴器安装有误、联轴器制造不平衡、联轴器端面偏差过大、弹性联轴器制造精度不够、销钉不等重等原因会造成联轴器故障。轴瓦间隙偏大、油膜涡动等原因是造成轴承缺陷的主要原因。
该离心压缩机组安装后，已经过多次试车，并且在试车后经过多次拆装、对中检查，运行一直平稳，见表 1 中的振动值。根据振动故障特征 1 ，在中压缸推力侧振动值突然升高，可能由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的转子不平衡，进而引起振动。根据振动故障特征 2 ，在增速机输出侧振动值突然升高，停机后，微机实时记录的振动数据仍没有归零，引起故障的原因比较复杂，有可能是工作状态下热膨胀引起的对中不良，或者是在拆检过程中安装不当等原因引起的联轴器故障，也可能是测量仪表失灵。
4 故障处理
根据上述的故障特征分析，由于转子不平衡引起的振动，则需拆缸检查。由于对中不良、或者联轴器故障引起的振动则需要拆检联轴器。
4.1 拆缸检查
将中压缸上壳打开，发现一二级叶轮流道有细铁丝，再拆检二段冷却器后，发现冷却器里有大量细铁丝，从而判断是中压缸二段进口法兰缠绕垫片被吸进压缩机叶轮流道里，这是由于安装时垫片偏斜，导致气流冲击垫片破损，不锈钢丝被吸进压缩机叶轮里，压缩机转子瞬时间失去平衡，振动过大，造成压缩机组连锁停机。表明振动故障特征 1 是由于吸入异物造成转子不平衡而引起的振动。进行清理压缩机流道及冷却器，再次开机运行正常。
4.2 拆检增速机与增压机联轴器
拆检联轴器发现，增速机侧拆装膜片联轴器中间套安装螺栓没有拆下，导致增速机振动过大，使压缩机组连锁停机。
膜片联轴器借助膜片弹性变形，补偿安装误差、运行过程中产生的热膨胀、利用膜片的挠性（弹性变形）来补偿两轴间的相对位移。由于膜片安装螺栓没有拆下，安装螺栓将膜片压死，致使增速机侧膜片不能轴向、径向和角向相对位移。最后导致振动过大，造成压缩机连锁停机。
将联轴器中间套拆下，进行重新对中找正，重新安装联轴器，再次试机机组运行正常。
5 结论
由于异物铁丝的吸入，使叶轮产生了附加的离心力，进而造成转子不平衡而引起振动。当铁丝处于叶轮内径边缘处时，由此而产生的离心力可经下面公式算出。
该机组叶轮的内径为 D 1 =0.85m ，转速为 n =4405r/min ，吸入的铁丝质量约为 G= 0.5kg 。叶轮的角速度 ω 与叶轮转速的关系 [4] 为
根据式 (1) 和式 (2) 计算可得离心力的大小约 为 F =1.28kg ，这 一附加离心力是造成故障特征 1 振动过大的主要原因。
参 考 文 献
[1] 马雷 . 离心式压缩机故障原因分析及处理措施 [J]. 负压风机技术 ,2007(1):83-84.
[2] 陈冬 . 离心式空压机振动故障的诊断与检修 [J]. 负压风机技术 ,2006(3):61-62,53.
[3] 施俊侠 , 王大成 , 黄斌 . 离心式压缩机的振动故障分析 [J]. 负压风机技术 ,2003(6):47-49.
[4] 西安交通大学透平压缩机教研室 . 离心式压缩机原理 [M]. 机械工业出版社 ,1980.
由于叶轮积灰引起振动，严重影响生产。经测，当轴流器（即风门）开度为35%～65%时,浙江车间降温，风门、烟道振动加剧。烟道振幅增大，引起叶轮严重不平衡，使负压风机不能正常运行。振幅从原始6道增到50道以上，当旋流器开度在35%～65%这一区域里，负压风机无法正常运转。负压风机轴流器直径大（2.8m），轴流器靠集流器（即进风口）很近，且正向朝着集流器。当烟气经过轴流器时，很高的风速（43M/sec）在烟道里产生旋转现象，增大了各部分的振幅，主要有以下二个原因：（1）轴流器、烟道的自振频率与烟气的脉动频率相耦合，产生共振现象；（2）轴流器紧靠着集流器，因为气流的速度很高，烟气在风道里旋转的速度来不及减缓就到了集流器，直接进入叶轮，由于蜗壳的特性，使叶轮各部所受的冲击力不均匀，产生偏心力，导致叶轮失去了平衡，引起振动。对于以上产生振动的两个因素，可以分别采用不同的方法来消除。（1）增加结构的刚度以改变轴流器、烟道、集流器和机壳的自振频率，使其逃开烟气的脉动频率，以消除振动。Y4-73-11NO250负压风机轴流器由12个叶片组成，每个叶片长1250mm，厚度为6mm，由于支点相距较远，叶片本身刚度小，高气流的冲击使叶片产生脉动迫使烟气进入叶轮形成撞击现象，因此可在每个叶片上再焊上8mm厚的钢板，轴流器的振幅可由原来的7道下降到3道，叶轮振幅由原来的大于50道下降为3道，叶轮振幅由原来的大于50道下降为35道。
通过实验，本文利用ICP—AES测定金属镁中Fe、Si、Cu、Al、Ni、Mn六个元素。在溴存在下用HCl+HNO3进行分解试样，以镁基做工作曲线，以消除镁基的干扰，该分析方法达到了产品分析要求。（2）本方法各元素测定结果的精密度好（除痕量的Ni外），相对标准偏差达1.11～6.96%；同时准确度也高。
负压风机的选型一般按下述步骤进行:
1、计算确定隧道内所需的通风量;
2、计算所需总推力It
It=△P×At(N)
其中,At:隧道横截面积(m2)
△ P:各项阻力之和(Pa);一般应计及下列4项:
1) 隧道进风口阻力与出风口阻力;
2) 隧道表面摩擦阻力,悬吊负压风机装置、支架及路标等引起的阻力;
3) 交通阻力;
4) 隧道进出口之间因温度、气压、风速不同而生的压力差所产生的阻力.
3、确定负压风机布置的总体方案
根据隧道长度、所需总推力以及射流负压风机提供推力的范围,初步确定在隧道总长上共布置m组负压风机,每组n台,每台负压风机的推力为T.
满足m×n×T≥Tt的总推力要求,同时考虑下列限制条件:
1) n台负压风机并列时,其中心线横向间距应大于2倍负压风机直径
2) m组(台)负压风机串列时,纵向间距应大于10倍隧道直径
4、单台负压风机参数的确定
射流负压风机的性能以其施加于气流的推力来衡量,负压风机产生的推力在理论上等于负压风机进出口气流的动量差(动量等于气流质量流量与流速的乘积),在负压风机测试条件先,进口气流的动量为零,所以可以计算出在测试条件下,负压风机的理论推力:
理论推力=p×Q×V=pQ2/A(N)
P:空气密度(kg/m3)
Q:风量(m3/s)
A:负压风机出口面积(m2)
试验台架量测推力T1一般为理论推力的0.85-1.05倍.取决于流场分布与负压风机内部及消声器的结构.负压风机性能参数图表中所给出的负压风机推力数据均以试验台架量测推力为准,但量测推力还不等于负压风机装在隧道内所能产生的可用推力T,这是因为负压风机吊装在隧道中时会受到隧道中气流速度产生的卸荷作用的影响(柯达恩效应),可用推力减少.影响的程度可用系数K1和K2来表示和计算:
T=T1×K1×K2或T1=T(K1×K2)
其中T:安装在隧道中的射流负压风机可用推力(N)
T1: 试验台架量测推力(N)
K1:隧道中平均气流速度以及负压风机出口风速对负压风机推力的影响系数
K2:负压风机轴流离隧道壁之间距离的影响系数
以下场合负压风机选型使用分析
仓库通风
首先，看仓储货品是否是易燃易爆货品，如：油漆仓库等，必须选择防爆系列负压风机。 其次，看噪声要求高低，可以选择屋顶负压风机或环保式离心负压风机，(而且有款屋顶负压风机是风力启动，更可以省电呢。
最后，看仓库空气所需换气量的大小，可以选择最常规的轴流负压风机SF型或通风扇FA型。
厨房通风
首先，对于室内直排油烟的厨房(即通风口在室内墙上)，可以根据油烟大小选择SF型轴流负压风机或FA型排气风扇。
其次，对于油烟大，且油烟需要经由长管道，并管道里有打弯处理的厨房，强烈建议使用离心负压风机(4-72离心负压风机最为通用，11-62低噪声环保型离心负压风机也很实用)，这是因为离心负压风机的压力较轴流负压风机大，且油烟不经过电机，对电机的保养和换洗更容易。 最后，建议油烟强烈的厨房选用以上两种方案并用，效果更佳。
高档场所通风
对于酒店、茶坊、咖啡吧、棋牌室、卡拉OK厅等高档场所通风，就不适宜用常规负压风机了。
首先，对于小室的通风，使通风管道连接中央通风管的房间，可以在兼顾外观与噪声基础上，选择FZY系列小型轴流负压风机，它体积小，塑料或铝制外观，低噪声与高风量并存。
其次，对风量与噪声要求更严格的角度说，负压风机箱是最好选择。箱体内部有消音棉，外接中央通风管道后可以达到减噪的显著效果。
最后，补充一下，对于健身房的室内吹风，务必选则大风量的FS型工业电风扇，而非SF型岗位式轴流负压风机。这是从外观及安全性方面考虑。
2014-05-09 2014-03-12 2014-02-19 2014-01-25 2014-01-10 2014-01-08 2013-12-27 2013-12-26
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