离心压缩机动、静件碰摩故障机理及案例分析

兴成宏，喻迪垚

(中国石油天然气股份有限公司辽阳石化分公司，辽宁 辽阳 111003)

离心压缩机作为重要的气体输送设备，在工业生产中得到广泛应用，是装置的核心设备。离心压缩机在运转一段时间后，会不同程度地发生转子不平衡、不对中、裂纹、磨损、松动等故障，造成机器运行状态劣化，振动加剧，直至设备发生故障停车，轻则影响装置的经济效益，重则发生安全事故。由于其结构复杂，故障不易甄别，因此，对离心压缩机的精确诊断就显得十分重要。本文阐述了一则离心压缩机动、静件碰摩故障案例，为精确诊断该类故障提出了具体有效的方法，对现场检维修具有一定的指导意义。

1 动、静件碰摩故障概念

在高速离心压缩机、汽轮机等旋转机械中，为得到较高的工作效率，常把轴封、级间密封、油封、叶片顶间隙设计得较小。但是，减小间隙会带来动、静件碰摩及流体动力激振等问题。一般情况下， 碰摩初期即会产生较大的振动，而机组未拆解之前难以找出振动原因【1】。碰摩一般分为两种情况， 一种是转子在涡动过程中轴颈或外缘与定子发生的径向碰摩，另一种是转子在轴向与静止件接触而引起的轴向碰摩。本文案例着重探讨轴向碰摩。

2 动、静件轴向碰摩故障机理

动、静件轴向碰摩时，转子的振动特征几乎与正常状况一致。轴向干摩擦力与旋转速度有关其作用是使基频影响相对下降，同时出现高频成分，具有阻尼的特性。较为严重的轴向碰摩使转子无法进入正常工作位置，影响介质在流道内的正常流通，可激发出叶轮通过频率，从而衍生出流体激振等故障特征【2】。

另外，摩擦会造成功耗上升和功率下降，同时产生局部温升，因此工艺参数对碰摩的诊断显得十分重要。

3 动、静件轴向碰摩案例分析

3.1 机组概况及故障现象

某装置反应工段关键设备——氢增压机，用于反应产氢的输送。该机组由Elliott公司生产，为凝气式透平离心压缩机。

该机组自装置投产至今经历3个检修周期。2019年大检修期间，压缩机解体检修，转子清洗动平衡、更换干气密封，并对其轴窜量、轴承间隙、对中等数值进行校正，将各项配合参数调整至正常指标。启动暖机至600 r/min时，机组高压缸4个测点振值激增，导致连锁停车(连锁值84 μm)。机组其他位置测点振动正常。机组概貌见图1。

3.2 原因分析

截取机组启动时的振动趋势(见图2)、高压缸非驱动端水平测点波形频谱(见图3～图4)进行分析发现：

图1 机组概貌

图2 振动趋势

图3 波形

图4 频谱

1) 机组启动时各测点振值随转速缓慢增长，升速至600 r/min时，高压缸振值呈非线性趋势突增。值得注意的是，此时正是转子轴位移由负值变为正值的时刻，即轴向力由副推力瓦向主推力瓦转变的时期。

2) 波形频谱图显示，机组转速600 r/min时， 振值最高达106.7 μm， 工频成分不突出(6.7 μm)，频率成分集中在140 Hz(14倍频)，其他混杂频率极少。波形图中削波现象明显。

经分析可知，该压缩机存在严重的碰摩故障，转子轴位移0.2 mm后接触机组上一个硬点。由于轴承温度及干气密封泄漏量在运转及停机惰走过程中无较大变化，判断设备轴承及密封没有故障。

查看资料得知,转子叶轮流道数为14个，判断14倍频是由于转子在碰摩期间无法进入正常工作位置。工艺气在流道内流通受阻而激发出的叶轮通过频率。

比对高压缸4点振值，自由端远远高出驱动端(见表1)，忽略联轴器缓冲因素，初步判定碰摩位置处于自由端。

表1 连锁停机时高压缸4点振值

查看检修资料并与属地单位沟通得知，本次检修回装，轴窜量、各部位配合间隙等关键数值均达标，主体部件更换干气密封及盘车电机半对轮。由于盘车电机布置于高压缸自由端，因此判断故障大概率发生在该电机半对轮处。

3.3 处理方案

拆解盘车电机，发现转子轴头导电触头与半对轮表面发生硬摩擦，接触面磨痕清晰。测绘发现，半对轮凹槽加工尺寸错误，导电触头失去压缩量与半对轮底面直接接触。

现场照片见图5。

图5 现场照片

取出导电触头， 按半对轮凹槽尺寸进行加工，保证弹簧伸缩量。回装后试车， 4H端振值为12 μm， 机组运转正常。

4 结语

大机组故障诊断对于设备安全运行和维护起着至关重要的作用。根据典型的故障特征可以对采集的数据进行定性分析， 全面、 系统、 及时准确地识别设备的真实运行状态。离心式压缩机动、 静件碰摩作为一种典型故障， 合理的诊断可以直达病灶， 明确检修目标、 缩短检修时间、 降低检修费用， 从而从根本上保障设备稳定运行。