离心压缩机组振动故障机理、辨识与处理对策

刘金旭 齐晋茁 吕文浩

摘要：离心式压缩机在现代工业生产中有着非常重要的作用，假如离心式压缩机在运行过程中出现了故障，那么就会影响生产的正常进行，严重的还可能会对企业造成经济损失。本文对离心式压缩机组振动故障的产生机理、辨识以及处理策略展开了分析与探讨，希望能够给同行业人员提供一些参考。

关键词：离心压缩机;振动机理;故障辨识

0  引言

离心式压缩机是一种非常核心的设备，其运行的安全与稳定直接会对企业的效益产生影响。比如，乙烯裂解装置生产运行中，假如乙烯三机由于离心压缩机故障出现非计划停车状况，那么可能给企业造成数百万甚至上千万的损失。因此，在离心式压缩机实际使用过程中，如何能够快速的辨识出故障发生部位以及原因，并采取措施進行防范和处理就成为了业界所关注的一个重要话题。

1  转子不平衡故障

1.1 发生的机理分析

离心式压缩机是旋转式机械设备，在其运行中如果转子出现了不平衡，那么就会引起压缩机振动。这主要是由于下面几种情况所导致的：①因为转子原材料以及生产工艺存在问题，导致转子本身就存在不平衡;②在离心式压缩机组运行中，出现物料不均匀结垢或者是叶轮发生率磨损，就会引发转子不平衡;③压缩机零部件发生损伤性脱落或者外部异物的进入，引发转子不平衡。

1.2 故障辨识

对于压缩机振动故障是不是由于转子不平衡所引发的，故障人员可以运用振动频谱图以及时域波形图来对其进行辨识。通过对转子不平衡故障发生的原因进行分析能够得知，如果转子质量不平衡，那么在其旋转过程中，转子每旋转一周，离心力就产生一次响应，即转子不平衡的表征是振动频率与转子的基频相等，也就是说振动频率等同于转速频率。基频成分的幅值明显占据主导地位，这是判断振动是否由不平衡引起的最重要依据。

1.3 处理方式

对于转子本身存在的原始不平衡故障，需要进一步提升压缩机设计的合理性，选择使用高性能的材料以及加工工艺来对误差进行控制。对于由结垢和腐蚀引发的不平衡故障，可以在设计中融入一些减缓结垢或者腐蚀的措施，比如可以采用涂层技术来防止离心式压缩机叶片出现结垢。

2  转子不对中故障

2.1 发生的机理分析

在离心式压缩机组实际运行中，转子不对中也是其振动故障发生较为常见的原因。导致转子不对中的因素主要有设计方面因素、安装因素以及检修因素。即便离心式压缩机组的转子进行了正确安装，但是如果在其实际的使用过程中工作人员操作不当或者压缩机本身的负荷过高，那么都可能会导致转子位置发生一定的偏移，从而破坏其对中，引发不对中故障。

2.2 故障辨识

对于由转子不对中故障引发的振动问题，经过总结，能够按照下面的方法来对故障进行辨识：

①在振动趋势上，转子不对中导致的振动，其振幅会随着转子负荷的增加而上升。

②压缩机振动的频率约为转子频率的2倍。

③转子不对中故障发生后，中心高相对低的轴承被架空，这时候其油膜稳定性会发生下降，所以这时候中心高相对低的轴承振幅比中心高相对高的轴承振动要大。

2.3 处理方式

在实际生产中，为了尽可能的避免转子不对中引发的振动故障，故障人员在对离心式压缩机组进行设计时要充分考虑精准对中的一些措施，比如在设计中设置定位凸台。同时，故障人员在对压缩机进行安装的过程中要严格按照生产厂商提供的标准来实施安装;对冷态、热态数据要进行仔细的检查以及校核;确保基础沉降状况的合理性。在运行中，故障人员要对压缩机轴承油膜压力的变化动态进行监测，如果油膜压力出现升高趋势，那么就表明轴颈外表面与下半轴承体内表面之间的间隙有缩小的趋势;如果油膜压力出现下降，那么就表明轴颈外表面与下半轴承体内表面之间的间隙正在变大。故障人员发现这些信号之后，就要对压缩机是否存在不对中故障进行判断，并选择合适的措施进行处理和解决。

3  喘振故障

3.1 发生的机理分析

喘振是离心式运行中非常常见也非常严重的一个问题，喘振是由于压缩机旋转失速进一步发展所导致的。在压缩机运行过程中，伴随着其负荷的降低，进气流量趋于设计的边界时，被压缩的气体会脱离叶轮或扩压器的流道表面，带来显著的冲击损失。这样不但会导致压缩机组的运行效率出现下降，同时也会使压缩机组的出口气体压力发生下降，导致管网中的气流在压力差作用下发生回流，最终导致压缩机以及管道的剧烈振动。管网系统本身的容积会对压缩机喘振频率以及振幅产生相应的影响，比如，容积愈大那么内部气体积蓄的能量也就会愈高，其可以产生的振幅也就会愈大，但是这种情况下，喘振的频率会发生下降。

3.2 故障辨识

离心式压缩机出现喘振现象时，主要表现为下面一些特征：①喘振的振动频率较低，一般为1-30Hz。②发生喘振时，进气端的流量与排气端的压力会产生较大的周期性脉动。③管道中产生的噪音加剧，而且时高时低。④喘振时，壳体与轴承处的振幅均明显变大，呈现周期性变化的特点。与其它振动故障的主要区别为，喘振发生后会使轴向振动更加明显，轴位移明显增大，推力轴承荷载增加。

3.3 处理方法

离心式压缩机发生喘振如果无法及时进行控制那么可能会造成严重的后果，比如压缩机的转子在经受交变应力的作用下会发生断裂;或者强烈的喘振过程中可能致使密封与轴承发生损毁，引发严重生产事故。所以，在实际生产中要重视对喘振故障的预防和控制，具体措施如下：①在压缩机本体设计时加宽稳定操作范围;②为离心式压缩机组设置防喘振放空或回流旁路;③在压缩机性能曲线上保留足够的裕度来设置防喘振控制线。

当喘振出现之后，通常不要立即停车，而是应该立即将防喘振控制阀打开，使入口流量在短时间内快速上升，从而使喘振现象消失。在当前的压缩机中，自动化、智能化技术的运用，这一个过程通常是由系统自动来控制实现的。之后工作人员要对引发喘振的运用进行分析，并采取措施进行解决。但是如果喘振现象多次反复的出现，那么就需要停车检查。

4  离心式压缩机组的振动故障预防和控制方法

4.1 合理的设计和严格的质量控制

设计是离心式压缩机设备能否稳定运行的开始，合理简洁的结构是减少故障的必要前提。同时，要对关键零件进行理论分析和模拟，保证合理足够的设计余量。另一方面，因为压缩机本身的精密性，对公差的控制非常严格，需要有足够精度的加工设备来保证零件的精度。在保证零件质量的同时还要保证装配的质量，这样才能使压缩机达到最好的状态。

4.2 關键零件采用高科技产品

离心式压缩机本身是化工生产的重要核心设备，很多压缩机自身的关键零部件需要采用高科技的产品，这些产品的稳定性，可靠性以及耐磨性都要好于一般的产品，只有这些产品自身是好产品，才会保障压缩机的工作稳定性和工作可靠性。现如今，我国的新技术、新手段正在不断的研制和开发中，因此，对于关键零部件不要吝啬，要采用最好的，从而保证压缩机的正常工作。

4.3 定期进行检修

任何设备都要进行定期的检修，尤其像离心式压缩机这样的核心设备，定期检修更是非常有必要。一般情况下，需要对离心式压缩机的工作环境以及配套设备具体情况进行有针对性的判断和评估，制定有效的定期检修周期，通常根据压缩机的运行情况，还需要对压缩机进行定期的保养。通过试验和调查，压缩机部分构件一般在使用一段时间之后，会逐渐劣化，若不及时更换，可能会导致轴承等部件受到损害，极大的威胁压缩机的安全运行，因此，及时和定期的进行压缩机的检修保养是保证其正常运行的必要手段。

4.4 加强磨损部件的检查

离心式压缩机中，比如气缸和活塞这些很容易出现磨损的零部件，需要加强它们的检查，一旦发现易磨损零部件出现问题，那么就需要进行更换或者进行补救措施。一般情况下，易损件都会要求在固定的使用周期后进行更换。近几年来，我国在新型材料方面有了很大的进步，对于离心式压缩机中的一些易损件也采用了这些复合性的材料来替代传统材料，不但工艺上更加的方便，而且功能方面也有长足提升，使用寿命和更换周期也不断增长。由此，在关键部位采用一些新型的材料，可以有效降低磨损问题的发生。

4.5 重视报警信号

离心式压缩机组都是高压带电设备，安全性非常重要。目前市场上主流的压缩机设备都配备有各种相关的保护措施，如电机保护、压力保护、温度保护等等。因为操作人员的专业性不足或者不重视等原因，调查中发现过很多工作人员忽略保护信号甚至重置设备保护信息的问题。而往往是一些问题没有被及时发现和排查之后，导致整个离心式压缩机设备由一点小问题产生了最后的大问题，严重的可能导致压缩机直接损坏，引发整个生产系统无法运行甚至产生安全事故的情况。所以，发现异常信号要及时记录和反馈，认真排查故障，保证压缩机良好健康的运行。

4.6 积极引入信息化维护手段

现如今，我国已经进入信息化的时代，任何设备的监控都可以采用信息化的手段，尤其是压缩机的维护手段，可以采用信息化的方式，对离心式压缩机施行实时的监控，对于关键的零部件要加入实时监测，一旦压缩机出现问题或者核心设备出现问题，那么相关系统就会立刻进行警报并进行记录，帮助维护维修人员第一时间掌握压缩机的工作情况，对于确保压缩机的稳定运行提供最大的帮助。

5  结语

综上所述，离心式压缩机组是当前化工生产中非常重要的一种设备，如果其发生振动故障那么可能会导致生产停机。因此，工作人员要从设计、材料、安装、运维等多方面采取措施来对压缩机组的振动故障进行防控，避免其出现计划外停机状况，保障企业的整体经济效益。

参考文献：

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