某多轴系压缩机碳环密封摩擦故障诊断与调试

张 帝

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

1 引言

压缩机具有适用性强、安装使用方便等特点，被广泛应用在化工、炼油等工业领域。压缩机是否正常工作直接影响整个生产系统能否顺利运行。本文以一个案例为背景，介绍压碳环密封摩擦故障的诊断与处理。

2 案例

2.1 机组概况

某压缩机组由电机驱动，1/2级叶轮共轴，3/4级叶轮共轴，5/6级叶轮共轴。其中5/6级齿轮轴工作转速为30600 r/min，轴承形式为可倾瓦轴承，轴端密封为碳环密封，振动报警门限为32 μm，联锁停机值为50 μm，机组外形示意图见图1。

2.2 故障现象

机组自2017年8月检修后运行比较平稳，压缩机5级叶轮处振值保持在25 μm以下，6级叶轮处振值保持在15 μm左右，各通道均以工频为主，无异常频率成分。自2018年8月27日起，压缩机5级叶轮振动突然开始出现频繁波动现象，波动范围10～15 μm左右，振值最大时曾超过40 μm，接近机组联锁停机门限。同一时间段内，其它各轴系两端叶轮处振动始终较为平稳，未出现同步波动的现象，如图2。

2.3 故障分析

（1）GAP电压值分析

图1 机组外形示意图

振动出现波动时，氮压机5级测点两通道GAP电压值在其测量的线性区间内，且趋势稳定，可排除仪表方面问题，说明振值波动为机组真实信号。在振值出现波动时，现场工艺人员未做任何操作，查看相关工艺数据，各参数变化与振值的波动无同步性，可排除工艺方面原因导致的振动问题，如图3。

（2）趋势图分析

查看各分频幅值趋势，5级测点处两通道1X幅值、2X幅值趋势均比较平稳，但0.5X分量幅值出现明显增加，并存在大幅波动的现象，且波动的频次和范围基本与通频相近，说明导致5级测点振动波动的主要异常特征频率为0.5X，如图4、5。

图2 氮压机5/6级轴齿轮振动趋势图

图3 氮压机5级两测点GAP电压趋势

图4 氮压机5级测点1X幅值、2幅值趋势

（3）波形频谱图分析

查看5级振动波形频谱图，两通道内除1X及其谐波外，还有幅值较高的0.5X频率成分，其幅值占比达70%左右；同时频谱图中还存在一定幅值的1.5X频率成分，见图6。

（4）轴心轨迹图分析

图5 氮压机5级测点0.5X幅值趋势

筛查该侧轴心轨迹图，转子涡动轨迹较为混乱，重复性不好。在振值出现波动的时间段内，其涡动方向多次出现正反进动交替的现象，见图7。

图6 波形频谱图

图7 轴心轨迹图

图8 5级侧碳环密及对应轴颈图

图9 重新运行后5级测点振动趋势图

2.4 诊断结论

根据以上图谱分析，压缩机5级叶轮处出现了较为严重的摩擦现象。现场人员反馈，碳环密封流量明显增加，根据设备结构特点，进一步判断碰磨位置极有可能发生在碳环处。

2.5 检修

机组停机后，拆检发现5级侧碳环密封碎裂，在轴颈表面有约0.1 mm的磨损，见图8。

2.6 检修后运行情况

更换5级碳环密封后，机组重新运行，机组振动平稳，见图9。

3 结论

通过在线监测系统的相关图谱分析及拆检情况断定5级侧振动值波动根本原因是碳环密封与轴齿轮摩擦，引起振动值出现波动现象。能够及时发现故障问题并准确进行分析造成问题的根本原因，确认故障的严重程度，能够避免用户现场因一些微不足道的原因停车而造成损失和一些重大问题继续生产进而引起严重事故。此次故障的诊断思路、诊断步骤、分析方法，对压缩机转定子摩擦故障分析处理具有指导意义。