热效应引起的离心压缩机振动分析

王胤龙，赵文博，刘 娜

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

1 问题

某化工企业MTO（Methanel To Olefin，甲醇制烯烃）装置MCL605 型主风机（图1），工作转速9175 r/min，入口流量21 568 m3/h，由电机拖动、齿轮箱增速。装置投入运行时，联轴器侧(出风口)振动幅值达到80 μm，接近联锁值，自由侧振动幅值稳定在30 μm 以下。采取应急措施，用工业电风扇吹压缩机联轴器侧端面，振动下降到40 μm，表明主风机联轴器侧振动与热效应有关。由于工艺的需要，该主风机设计出口温度272 ℃，如此高温度的主风机较少，因此产生的热效应不容忽视。

为证明振动与热效应有关，对主风机联轴器侧端面进行吹风与不吹风试验，振动趋势如图2 所示。不吹风振动持续增加，吹风后振动开始下降，然后稳定，幅值约45 μm，而且试验证明仅吹下端面对抑制振动有效果，说明振动与热效应存在明显的对应关系。

图1 MCL605 型主风机

2 问题排查

2.1 管路应力

管路应力亦是由热效应引起振动的一个主要因素[1]。主风机出口管路的膨胀量由膨胀节吸收。首先记录冷态时膨胀节的长度和出口管路拐弯处弹簧支架弹簧的初始位置，然后记录主风机运行状态下的数据。对比冷热状态数据得出膨胀节的变化量与弹簧的变化量相当，且在设计范围之内，说明管路的膨胀由膨胀节全部吸收，主风机无管路应力作用。

2.2 调整对中

观察整个过程的轴心位置（图3），对比图2 的振动趋势，当轴心位置靠上时刻都是振动较小的时刻，即对联轴器侧端面吹风的时刻。停止吹风，振动增加，轴心位置开始向下移动。

图2 主风机联轴器侧振动趋势

图3 振动过程轴心位置

根据上述特征得出热效应的作用改变了轴心位置，进而引起振动的相应变化。调整对中数据，即降低冷态时主风机侧的高度以补偿热态的膨胀量达到热态对中的目的，主风机联轴器侧先后降低0.1 mm 和0.35 mm，振动未发生改变，调整对中未能降低振动。

2.3 平衡气管路

在查找问题产生原因的过程中还发现了另一个问题，平衡气管路从出口位置的平衡盘后引出直通大气，正常情况下平衡盘密封泄漏的气体会使平衡气管路温度≥200 ℃，则平衡气管法兰处缠绕的塑料应被烧焦，可实际却安然无恙（图4），由此推断平衡气管路有严重的堵塞。拆检发现平衡气管法兰为盲法兰。处理后，主风机运行较之前顺畅，但振动扔情况未改善。

3 问题确认

对比是振动分析的重要手段，在另一现场MTO装置中一台同样规格的主风机运行良好。因此排除了设计不合理的因素，对2 台主风机联轴器侧下机壳端面相同位置用红外测温仪测量表面温度，测量结果如图5 所示。

表面温度对比显示，出现问题的主风机表面温度普遍高于运行正常的主风机，最高相差100 ℃，加工制造偏差不足以产生如此悬殊的表面温度，因此推断出口处存在使热量积聚的因素导致局部区域温度升高。通过反复查看主风机设计图纸，推断问题出现在出口隔板与出口管路衔接的挡板处，如图6 所示。该挡板处如果缝隙过大会使出口的一部分气体在内部循环而不被排除，导致热量的积聚[2]。

图4 平衡气管路实物

图5 下机壳端面温度对比

检查主风机出口隔板，发现出口隔板的挡板断裂（图7）。修复后主风机运转正常，振动稳定在30 μm 以下，端面温度大幅下降。

图6 出口气流通路

图7 出口隔板

4 振动原因分析

该主风机查找振动原因无果后，曾返厂做高速动平衡后再运行，振动＜15 μm，但运行一个月后振动增加，吹风后保持稳定。由此推断热效应使转子发生局部弯曲引起转子不平衡振动变大，当对其端面吹风后使内部积聚的热量释放，达到新的热平衡，避免了转子的热弯曲，使振动下降并保持稳定。

5 总结

（1）离心压缩机组由于热效应产生振动的影响因素有管路应力、平衡气管路堵塞、内泄漏等，出现问题时要具体问题具体分析。

（2）由于内部因素产生的热效应要从压缩机的原理和结构出发，因此需要对压缩机有足够的了解。

（3）对比是振动分析的重要手段，要善于运用。