离心式空压机振动故障分析

王绍辉

（珠海BP化工有限公司，广东 珠海 519050）

某化工厂现有两套空分装置，分别为KDONAr－4000/1800/110型、KDONAr6000/2000/180型，其原料空气压缩机均为离心式压缩机，其中4000空分装置空压机为H440－6.2/0.98型，是2002年出产，6000空分装置空压机为DH63－32型，是2004年出产，两空压机均整体齿轮型结构，四级压缩、三级冷却，由同步电动机通过齿轮联轴器驱动大齿轮。一二级叶轮在一根齿轮轴上组成L轴转子，三四级叶轮在一根齿轮轴上组成H轴转子，分别与大齿轮啮合，靠大齿轮进行增速，电动机转速l 500 r/min，H440空压机L轴级转子转速12387 r/min，H轴转子转速14769 r/min；DH63空压机转子则分别为9512 r/min、11470 r/min。每只转子上有两只径向轴承，系可倾瓦轴承，采用油泵供油强制润滑。

可倾瓦轴承有5块瓦，周向均布，轴衬的配列位置与主轴颈同心，瓦块为钢制件，内孔浇铸巴氏合金，与垫块装在一起。装在轴承内的瓦块可以绕着自身的轴线（与主轴颈中心线平行）单独摆动，同时由螺栓周向限位，使它在工作时不会与轴颈一起转动，这种可倾瓦轴承对于减振很有效，油从轴承壳的外侧环形供入，经过轴承间隙回油。运转中，每块瓦块随着轴颈旋转而产生的流体动力调整自己的位置，从而使每个瓦块具有最佳油楔，由于瓦块之间的间隙大，油膜不连续，与油膜旋转有关的不稳定性也就难以形成。每级叶轮轴上均装有两个测振点，图1中在转子轴正上方呈90 °分布，采用涡电流传感，经延长电流接至前置放大器后输出非标准电压信号，再经仪控柜上框架式监视器处理输出标准模拟量信号在 DCS上显示，参与报警、联锁。

图1 机组结构简图及测点分布图

1 故障分析

两台空压机运转多年，出现多次不同情况的异常轴振现象，现进行分析总结，以求找到克服异常轴振问题的办法。

1.1 转子材料

4000空分H440空压机在2002年试车阶段发生两次、2004年发生一次运行中轴振渐升后突然超量程（200 μm）联锁停车，打开检查，叶轮出现裂纹或掉块，造成转子动平衡严重破坏，这种事故一般很少在空分行业发生，系产品制造质量问题。目前叶轮材质一般选用LV302不锈钢，未发生叶轮断裂事故。

1.2 长周期运行叶轮上结垢

2005年投用的6000空分DH63－32空压机，运行到2008年，累计运行3.5 a。表现在三四级轴振（图1中测点3A、3B、4A、4B）缓慢上升，并超越报警值（64.75 μm），突破到70 μm、80 μm，一二级轴振测点（1A、1B、2A、2B）未超过25 μm，基本稳定。经停机检查，叶轮积灰多，且由于级问冷却器冷凝水排水不畅，造成三四级后盖板、叶轮上有水垢，污物的存在使转子动平衡破坏；对级间冷却器抽芯检查，其内壁腐蚀严重，底部许多锈渣，将L轴、H轴两套转子送专业厂进行流道清洗、探伤检查和动平衡校验，按照技术要求进行组装，开机后轴振正常，同时对冷却器内壁进行彻底除锈防腐，并将冷凝水吹除管由DN25扩大到DN50，防止运行中冷凝水积聚在底部被气流带走冲刷叶轮。2009年，DH空压机一级轴振上涨，一个月时间上涨20 μm，达到57 μm。三四级平稳未超过27 μm，仍是通过清洗叶轮、校正动平衡解决。

1.3 瓦块存在损伤

DH63－32空压机2008年在处理四级出口管上管套环漏气后，开机后原本平稳的轴振持续上升，其中一级轴振比检修前涨30 μm达53 μm，二级轴振上涨13 μm达37 μm无法缓解，只好停机检查，发现二级轴承上边两瓦块损坏一块，其巴氏合金脱落，更换瓦块处理后开机平稳，各级轴振未超过30 μm。

1.4 轴承间隙过小，瓦块接触面脏

近几年，H440空压机的油温、油压、气量均平稳，工艺上未进行任何操作时，出现多次各级轴振呈正弦波形异常波动情况，有时波动几个微米，有时十几个微米，有时突升、突降或伴随有轴温突变2 ℃左右。打开轴承检查，瓦块并未损坏，但瓦面上有油积炭现象，导致轴承间隙偏小、接触面不良，但对润滑油进行化验，油质合格。有时可从大齿轮齿上发现许多油渣，虽然润滑油化验合格，但不排除在特定运转条件下油质发生变化的可能性。每次清洗瓦块上油积炭后轴振平稳。后将原某厂供应的润滑油选用壳牌统一的L－TSA46汽轮机油，且将原3U80A－4型螺杆油泵更换为一台较大流量的3U80A－6型螺杆油泵来加强轴承的润滑，在以后的检修时没有发现轴瓦面上没有积炭现象，机器运行中轴振没有再出现正弦波形异常波动情况。

1.5 仪控测点故障

2009年，H440空压机在检修完毕开机后二三级的两个轴振测点（2B、3B）不正常：测点3B一直上升、测点2B波动大，只好再次停机检查，发现固定传感器的紧固螺母松动脱落于传感器端头与转子主轴间而随轴转摩擦，影响了测量。于是对各轴振测点重新检查紧固传感器的固定螺母，开机后轴振正常。有时传感器与延电缆接头有油，也会测量有误。前置放大器使用时间长，线性差，也会使轴振波动。

1.6 电动机与压缩机的对中

施工应按说明书要求，同轴度要合格。DH63空压机在2005年因轴振上涨检查中发现电动机与压缩机对中不合格，吊开电动机调整时发现电动机下边垫铁使用不规范：用了槽钢来代替垫铁且有的已经变形，压浆层也不符合规范，有垫铁高出压浆层现象，部分垫铁和电动机底座未结合紧密。以上导致运行中对中发生变化，轴振波动上涨。

2 解决办法

（1）设备制造厂家必须保证产品质量。对转子、大齿轮这些核心组件必须确保材质可靠。如沈鼓DH空压机选用的叶轮材质LV302B高强度不锈钢，多年来，DH产品从未出现过叶轮裂纹问题。

（2）机组安装必须严格按照要求确保施工质量。联轴器对中，轴瓦间隙、地脚螺栓紧固、轴承盖与轴承间隙的过盈量、转子与密封的间隙以及电动机基础等，必须符合相关技术要求。

（3）润滑油定期化验、更换。每次换油时放净残油、清理干净油箱、过滤器、机壳及冷却器等。油品选用正规渠道、正规厂家供货。

（4）精心操作，避免压缩机工作点进入喘振区造成损坏。每次开机前必须试验联锁停机、油泵联锁起停和防喘振阀动作的可靠性，调整负荷要注意不能超压。巡检中注意冷却器的冷凝水排放，自洁式过滤器滤简阻力偏大或有吸扁破裂现象应及时更换。

（5）严格按照设备操作规程控制各项参数，避免油温过低、过高，波动大。油压符合要求，操作要平稳缓慢，杜绝大起大落。

（6）尽量减少开停机次数。每次大机组起动过程中都要发生较大振动，对轴瓦损伤大，所以减少停机次数，避免带负荷突然停机，加强对电气线路的巡检维护。

（7）每年要计划对机组大修一次。按说明书要求对级间冷却器、压缩机组、润滑系统做彻底维护，转子进行流道清洗，探伤检查、动平衡检验，冷却器抽芯检查、清理内壁锈蚀进行防腐等。

（8）每次检修完毕，仪表人员必须调整、紧固好传感器螺母，确定间隙电压符合技术要求，各连接点牢固可靠，杜绝测量有误的现象出现。

（9）改善空压机吸入口的空气质量，避免过滤器选址在下风向和灰尘多的地方，做好空压机进口过滤器周围的绿化防尘，更换自洁式过滤器滤筒时一定注意密封圈安装到位，防止空气短路不经滤简进入机组。

（10）引入安装空压机在线监测与故障诊断系统，引入新的测振判断技术，各大机组联网监控，以便能及时发现问题及早处理，也提高了设备管理的现代化水平。

3 结束语

综上所述，通过对KDONAr－4000/1800/110型、KDONAr 6000/2000/180型，空压机振动原因进行分析，采取了上述有效的对策与处理措施，三、四级振动已明显好转，机组振动故障问题得到了有效解决。目前机组完全有能力做到安、稳、满、优运行8000 h以上不停车，改造效果良好，提高了企业的经济效益。