金属材料膨胀系数对压缩机振动的影响

郭 欢，李小东

沈阳鼓风集团有限公司，辽宁 沈阳 110869

一台MCL1105-2型压缩机机组在并网试车安全运转3～5月后出现出口端的支撑轴承因瓦温过高而报警停车。对轴承拆检后发现支撑侧轴承瓦块乌金层研伤或烧坏脱落，对应轴颈出现轻微毛刺。经过分析，最后找到发生研瓦的原因。

一、温度对气体管路的影响

1.温度对金属材料应力的影响

发生轴瓦研磨现象首先对现场靠近机组风口的进出口管路直线段进行检查，怀疑气管存在残余应力，在温度升高的情况下传到机组机壳上，使轴承支撑变形。经过对现场管路及法兰的调整，没有发现管路有变形。

2.气体温度对管路的影响

在整个机组运转的过程中，压缩气体会对管路造成冲击，尤其是在管路弯道处、孔板、文丘里处最易出现波动。但该机组在现场试车中没有发生管路波动现象。

3.温度对管路的影响

机组进、出气管路因气体温度的升高可导致管路膨胀及产生线性应力，如果在机组结构设计、工程施工上处理不好，将影响机组运转的稳定性。

二、温度对机壳的影响

从压缩机结构来看，机组的4个支撑爪和定位键是保证机组稳定运行的部件之一，它使机组受温度的影响时，释放金属线性膨胀量和减少机壳径向应力的作用。因此，机壳4个支撑爪的调整垫预留间隙是否合理、风口轴向定位键的窜动量是否合理至关重要。

该机组在印度用户现场就因为机壳4个支撑爪调整垫预留间隙不合理而导致机组在气体温度达到230℃左右，机壳出口侧的线性膨胀量增加，机壳径向应力无法释放，导致轴承径向挤压变形。针对这个问题与轴流压缩机作对比，出口温度都是230℃，轴流压缩机出口侧支撑爪预留1mm间隙，而压缩机机组只预留0.02～0.05mm，轴流压缩机工作正常。因此，造成轴承研瓦的原因找到了。将压缩机支撑爪垫片出口侧间隙调整到0.7mm，进口侧调整到0.2mm。再次开车正常运转，通过近90天运转试验，用户反馈机组运行正常。

三、温度对轴承的影响

监测轴承的温度值是判断机组转子是否处在正常范围运转的主要参数，特别是支撑轴径比的数值是决定转子运转稳定性的关键参数，它涉及到转子的总质量、转数、一阶转数、二阶转数等参数的确定，同时还要考虑与其相关联的参数。

轴承载荷特性数Øp=(PmΨ2)/μω=(PΨ2)/(2μ υL)

式中：Ψ=δ/d——轴承的相对间隙；

μ——润滑油动力粘性系数；

υ——轴颈的圆周速度；

ω——轴的旋转角速度，ω=2υ/d。

轴颈的外负荷P=PmLd

式中：Pm——轴承的比压；

L——轴承的长度；

d——轴颈的直径。

该机组转子经过计算确定这个比值为0.555，它可以保证转子轴的挠性度最小。而该机组也经过计算轴承与轴的相对间隙为0.27mm。

1.温度对轴承间隙及过盈、接触面积的影响值

情况经检查，轴承的过盈值为0.02mm，接触面达75%以上，均正常，也符合设计要求。

2.温度对轴承油膜的影响

轴承润滑进油温度对转子的振动有着直接影响，控制好润滑油温度是可以避免轴承产生油膜激振的。当油温升高时，润滑油黏度降低，油膜变薄，油膜刚度减弱；当油温降低时，润滑油黏度增强，油膜变厚，油膜刚度增强。还有轴承间隙的选择直接关系到轴承润滑效果，它的选择通常是以轴的直径大小而决定的，即轴承间隙是否在1.25‰～2‰范围内，不是一个固定的比例标准。所以针对此台产品的支撑轴承直径Ø180mm，选择轴承间隙比值为1.5‰，其间隙在轴承与轴的相对间隙为0.27mm。

该产品在用户现场通过对进油润滑油温度的调节（降低和升高），并采用现场移动频谱仪进行测量振动值，没有发现因进油润滑油温度的改变而影响机组的振动值变化，振动值为支撑侧V1=18.6μm，V2=15.4μm；推力测V1=21.6μm，V2=17.4μm。在4个探头主频f=94.6Hz两侧没有杂频，在出口端（支撑侧）0.5主频处幅值只有1.8～3.2μm波动，处于合格范围。

机组内的气体温度从入口时的40℃经过5级叶轮的压缩、膨胀，再压缩、再膨胀，使气体温度达到240℃。气体温度的增高导致机壳进出气口温差大，使机壳体轴向和径向发生线性膨胀。尤其是机壳出口径向膨胀量最大，导致机壳无法径向释放，使机壳轴承区域发生变形，轴承体受到挤压而影响可倾瓦块偏离原始设计的轴心轨迹。导致实际转子的运动轨迹呈近似于垂直形的椭圆形轨迹，这时转子在机组内的气体压力的作用下，转子轴径的切向力方向发生改变，同时作用在轴承瓦块上的力位置也发生改变，由瓦块的偏出口侧移到入口侧，从而导致瓦块进油量不足，油膜形成不好而使瓦块研伤、烧瓦。

四、气体温度对转子动平衡及轴上的配合件影响

对于此机组，通过试验各项指标均满足API技术要求。从频谱和拆检转子上各配套件表面没有发现有摩擦痕迹，进一步证明轴承的研伤与转子的设计、制造精度无关。

五、气体温度对机组找正的影响

经过对该产品部件的相关资料查找，了解其安装、找正的参数。对此机组的现场各项检查，均符合相关要求，没有发现异常。

六、结语

发生本台机组研伤轴承钨金、烧瓦的主要原因是受该机组气体介质出口温度过高。导致将该温度传递到支撑轴承定位的机壳上，使该定位处产生线性膨胀，致使支撑轴承体受到挤压变形，同时支撑轴承瓦块内原轴心轨迹形线发生改变是导致多次研伤轴承钨金、烧瓦的主要原因。解决方法是将原支撑侧机壳两侧的猫抓把合螺栓与垫圈端面之间配合间隙由0.02～0.05mm增加到0.5～0.7mm。使机壳产生的线性膨胀能够充分释放，从而避免此类事故的再次发生。机组再次试车运转经过72h保运和用户目前近10个月的运转均正常。