离心压缩机振动原因分析

王永杰　李 鹏　王兴伟　郭 欢　孟祥华

（1.沈阳鼓风机股份有限公司集团，辽宁　沈阳　110869；2.中石化天然气榆济管道分公司，山东　济南　250101）

·监测与诊断·

离心压缩机振动原因分析

王永杰1李 鹏1王兴伟1郭 欢1孟祥华2

（1.沈阳鼓风机股份有限公司集团，辽宁沈阳110869；2.中石化天然气榆济管道分公司，山东济南250101）

通过DA480-61型离心压缩机装置的结构分析，指出了机械运转的振动原因，并进行了修复。

DA480-61型离心压缩机；热膨胀系数；支撑；频谱分析

以DA480-61型离心压缩机在用户现场发生的振动及材料的线性热膨胀变化为例进行分析研究。从电机向压缩机看，压缩机为逆时针方向旋转，压缩机气体出口温度偏高，可达到230～250℃。机组的主要参数如表1所示。

机组气体介质为湿空气，该压缩机于2013年4月安装完毕并投入试车调试、供气生产。经检测，机组技术参数均合格。经过近1年的运行，发现变速机小齿轮盲端的轴承瓦温有逐渐增高趋势（由最初的63.7℃增到72.4℃）。这种现象持续到2014年5月，其瓦温突然增高到89℃，振动值在7.8mm/s，造成机组报警连锁停车。在对变速机组轴承拆检后，发现小齿轮盲端支撑侧轴承瓦块乌金层研伤和烧坏脱落，对应轴颈有轻微拉毛刺现象。大齿轮输入端支推轴承的端面和瓦径也有轻微研伤，其余两个支撑轴承和轴颈均无损伤现象。但在检查时还发现大小齿轮靠近输入端的啮合齿面存在有胶合、研伤、点蚀现象。同时，对大小齿轮现场的查看和对机组机械装配的各项参数进行检验均没有问题。后经过对发生这种现象的原因进行了分析，找到原因所在，以下为从这几方面进行的分析。

表1

一、温度对变速箱体的影响

1.温度对金属材料应力的影响

目前，对箱体进行了各部位尺寸的检查，没有发现变形。其形状公差、位置公差均符合设计图纸要求，可满足装配要求。说明变速箱体在整个加工过程中所采取的工艺方法是正确的，没有对材料加工应力产生影响。

2.金属热膨胀

从变速箱体的设计结构来看，其厚度在30～50mm范围内，铸件在现场对变速机的四周立面、箱体的底面、上下中分面、轴承区的支撑部位及该处的加强筋等都进行了测量，均满足设计要求。

变速机箱体选用HT250灰口铸铁，其材料线性膨胀的特性是随其所受环境温度变化（升降）而变化，但在相应的温度下还是比较稳定的。

二、联轴器对中精度对机组运行的影响

1.齿式联轴器结构分析

从整个机组的装置布置来看，在3个元件之间采用的是齿式联轴器并将其连接在一起。电机作为驱动元件是将输出的扭矩（功率）通过齿式联轴器传递到变速机的输入端带动大齿轮轴运转，并与小齿轮啮合将功率输出，再一次通过齿式联轴器输入到主机轴上（图1）。

图1　机组装置示意图

图2　齿式联轴器联接图

此齿式联轴器（图2）的输入和输出端为键连接，孔和轴之间为过度配合。其单件在加工时要求内孔和齿外圆的同心度为0.005mm、端面与内孔轴心的垂直度在0.005mm。所以它们之间在找正时要保证精度要求，才能满足运转的使用要求。

2.联轴器对中精度

（1）电机与变速机联轴器对中

把百分表架装在电机A的轴头上，百分表压在变速机B的输入端大齿轮的齿式半联器外圆上，端面找正值采用量块（两个半联器端面之间距离小）测量。考虑到电机在现场是逆时针旋转，变速机的中心高为H=400mm，回油温度为68～75℃之间，电机的中心高受温度的影响，其余方向可忽略不计。所以其找正值为：①外圆找正值要求：水平值（里测）Z=0.10mm；(外侧)W=-0.10mm。垂直（上或高）D=-0.19mm；（下或低）b=0.19mm。②端面采用量块测量要求：保证下开口，最大值在-0.05mm。③综合：水平、垂直找正值和端面找正值（图3）

图3　水平、垂直找正值和端面找正值

但在实际事故发生后，进行检查时所测得的各项误差值远远大于要求值。以下为外圆找正实际值：水平值（里测）Z=3.16mm；(外侧)W=-3.38mm。垂直（上或高）D=-3.87mm；（下或低）b=2.61mm；端面采用量块测量要求：保证下开口，最大值在-0.15mm。

从以上测量的数值来看显然是变速机中心线是低于电机的中心线的太多，没有达到要求低的范围内，这样就不符合机组找正所给的值要求，无法满足机组的平稳运转。

（2）变速机与主机联轴器的对中

把百分表架装在主机C的轴头上，百分表压在变速机B的输出端小齿轮的齿式半联器外圆上，端面找正值采用量块（两个半联器端面之间距离小）测量。考虑到主机在现场是顺时针旋转，主机的出口气体温度在232℃，变速机的中心高为H=400mm，回油温度为68～75℃之间，因它们之间壳体所受的温度差较大，故其中心高的垂直线性膨胀值也相差很大。所以其找正值为主机中心高要低于变速机中心高：①外圆找正值要求：水平值（里测）Z=0.10mm；(外侧)W=-0.10mm。垂直（上或高）D=0.59mm；（下或低）b=-0.59mm。②端面采用量块测量要求：保证下开口，最大值在-0.05mm。③综合：水平、垂直找正值和端面找正值（图4）。

图4　水平、垂直找正值和端面找正值

但在实际事故发生后，进行检查时所测得的各项误差值远远大于要求值。以下为外圆找正实际值：水平值（里测）Z=-0.42mm；(外侧)W=-0.96mm。垂直（上或高）D=-0.19mm；（下或低）b=-0.13mm；端面采用量块测量要求：保证下开口，最大值在-0.10mm。

从以上测量的数值来看显然是主机轴中心是高于变速机的中心线太多，没有达到工况下要求的范围内，这样就不符合机组找正所给的值要求，无法满足机组的平稳运转。

为此可以判断，造成变速机连锁停机的主要原因是因输入和输出端的找正精度值不够，从而导致了大小齿轮的输入端侧齿面胶合并出现研痕，同时也造成轴承瓦钨金层研伤脱落及油膜产生激振。发生事故问题的根源找到了，为保证尽快地恢复机主装置的运转（由于现场没有备件齿轮副），对现场大小齿轮齿面研伤痕迹采用圆弧油石对凸起和毛刺进行修复，同时对轴承以研伤的钨金瓦面采用刮刀进行修复，最终达到使用要求。

三、变速机装配注意事项

变速机的装配需注意：一是轴承间隙、推力面间隙的检查。二是轴承体与压盖之间的过盈值。三是大小齿轮的对研（包括：两轴的平行度、交叉度、齿面接触面积、推力盘间隙、啮合间隙）。

变速机在装配前应对箱体进行精析。首先，将箱体置于工作平台上，用百分表检查下箱体底平面与中分面平行度值、检查各轴承孔的圆度合格后方可进行装配。其次，要对整个待装配的箱体各部位进行清理。

这些检查完后可进行上述各零部件装配。它包括：一是轴承体与压盖、下箱体与底座配合面的接触面对研，使之达到要求。二是分别对大小齿轮轴颈与轴承间隙的装配，检查各轴的平行度。三是对大小齿轮进行对研装配，主要包括两轴的平行度、交叉度、齿面接触面积、推力盘间隙、啮合间隙的装配及间隙检查。

四、变速机安装精度

此变速机箱体带有安装垫板，所以，应对箱体底面和垫板接触面进行对研，确保变速机运转的稳定性。

五、电机磁力中心值

对于带有电机的机组装置，轴输入端的磁力中心是一个关键的技术参数。所以在找正时要查阅电机厂家提供的说明书和电机标牌上所给的各类参数值和图示，确定磁力中心之后，再检查轴头标记是否在要求的磁力中心位置上。如果符合要求进行找正工序，反之进行调试达到要求。

六、结语

经过对上述的各项要素所作的检查，最终得出造成这次机主装置整个联锁停车的原因，是由于变速机两侧的齿式联轴器对中找正精度不精，误差值太大所致，尤其是变速机的驱动端的找正误差值，难以满足工况下温度变化的线性膨胀值的要求。所以经过对电机与变速机与主机之间的齿式联轴器的重新找正后（其找正值由于设备制造厂没有给出），基于设备提供的工况参数，重新经过计算修订给出找正相应值。

按照上述所给的找正值进行找正后，经过对机组回装、给油、调试，最终达到开车要求。经开车后机组装置气动机械运转，在分阶段调整机组压力、流量稳定情况下，使机组达到最大工况。经过72h的气动机械运转，变速机上的四个轴承振动值在4.5mm/s以下，轴承温度在65～70℃之间，满足设计要求。目前经过近一年的气动机械运转，变速机各项参数指标平稳没有异常，可以说明各项技术参数检查项数值均基本符合相关的安装、找正的技术参数要求。

[1]机械设计手册[M].北京：机械工业出版社.

[2]景思睿，张明远.流体力学[M].西安：西安交通大学出版社.

TH452

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1671-0711（2015）06-0048-03

（2015-03-27）