离心式压缩机振动故障现象分析以及处理

王凯　韩少帅

摘 要：离心式压缩机在日常运行中出現故障多是由于机组振动而引起的机械故障，机组振动常见的有缩短压缩机运行时间、减少压缩机运行寿命甚至装置停止，造成重大的经济损失。 由于压缩机故障日常损害严重，容易造成重大的经济损失，笔者就日常工作中如何避免减少故障简单阐述如下。

关键词：叶片断裂;低频振动;改变意识;旋转速度

离心式压缩机是大型生产企业的主要动力设备，通常具有很大的转速、流量大、连续工作、作业量大等特点，在日常作业生产中具有举足轻重的作用，它的运行情况直接关系到整个企业的工作效率以及利润，一旦出现机器故障，就会造成严重的经济损失。

于是，对于离心压缩机的定时监测和维护就尤为重要，它不仅仅可以及时发现压缩机的故障苗头，还能及时避免恶性事故的发生，从根本上解决目前设备定期维护过程中“失修”“过修”的问题。随着经济的发展，人们对生产需求的加大导致了需要更多的离心式压缩设备，以来确保生产生活的需要。

一、离心式压缩机工作原理

离心式压缩机用于压缩气体的主要部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器。简而言之，离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体的压力能的。

更通俗地说，气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速运转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。此后，气体在流经扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用。显然，叶轮对气体做功是气体得以升高压力的根本原因，而叶轮在单位时间内对单位质量气体作功的多少是与叶轮外缘的圆周速度密切相关的，圆周速度越大，叶轮对气体所作的功就越大。

优点：

离心式压缩机之所以能获得这样广泛的应用，主要是比活塞式压缩机有以下一些优点。

（一）离心式压缩机的气量大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。

（二）运转平衡，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少。

（三）在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。

（四）离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。但是，离心式压缩机也还存在一些缺点。

缺点：

（五）离心式压缩机还不适用于气量太小及压比过高的场合。

（六）离心式压缩机的稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差。

（七）离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。

我国在五十年代已能制造离心式压缩机，从七十年代初开始又以石油化工厂，大型化肥厂为主，引进了一系列高性能的中、高压力的离心式压缩机，取得了丰富的使用经验，并在对引进技术进行消化、吸收的基础上大大增强了自己的研究、设计和制造能力。

二、离心式压缩机故障

离心式压缩机主要是通过旋转部分的旋转来完成，在旋转的过程中，旋转的叶轮中，流体被加速，在后续的扩压器中，流体的速度转换成压力，从而实现气体被压缩的目的。在气体被压缩的过程中，叶轮给气体作用力，反过来，气体给转子的作用力，这种作用力往往导致压缩机转子的振动，这种振动积累到一定的程度，就形成了振动故障，笔者在工作中简单总结出以下几种故障。

（一）强迫振动

压缩机振动可以称之为被强迫式振动，主要原因是压缩机本体受到周期相同的振动而产生的作用。这种振动频率在一定情况下会影响机器的工作，长期振动消耗压缩机的大量能量，使得压缩机转子始终保持不间断的等幅度振动，这种振动主要来源于能量补偿压缩机所消耗的能量。这种消耗主要来自轴承油膜的阻尼作用。如果外界输入给转子系统的能量都能够被轴承的阻尼所消耗，这种转子本身是比较稳定的，强迫振动始终要保持一定的幅度。如果在一定情况下，外界输入给转子的能量大于轴所承受的消耗的能量，那么转子从外界获得的能量将会被积累在一块，从而使得振动越来越大，最后发散出去，这种现象造成转子系统的不稳定，该振动反过来进而影响激振力。这种外激励力的主要来源由压缩转子同他相连的压缩转子或者汽轮机转子有联轴器不对中、转子本身可能存在的残余不平衡量或者压缩机运行过程中出现质量不平衡、转子的静摩擦、压缩机内部尤其是转子上的零部件松动或者转子和轴承不见导致的非线性振动等。由于强迫振动是由于外界扰动力引起的，所以其特征频率总是等于扰动力的频率。

（二）自激振动

自激振动 self-excited oscillation 由静能源的能量产生的持续而稳定的周期振动。在振幅小的期间，振动能量可平均地得到补充;在振幅增大期间，耗散的能量组成，被包含在振动系统中，此时补充的能量与耗散的能量达到平衡而接近一定振幅的振动。心脏的搏动、颤抖、性周期等一些在生物中所看到的周期现象，有许多是自激振动。

自激振动的特点是一旦交变力消失，自激振动也就自然停止了，自激振动的频率与外在激励频率无关。通常的自己振动会激起转子本身的低价模态，也就是说这种振动频率取决于转子本身的特性，压缩机常见的自激振动现象有油膜涡动和油膜振动一起的振动。这种振动原理是由于转动与轴承之间间隙中的润滑油流动性导致转子周边的流体压力不均匀分布。这种不均匀分布导致了一个不保守力，这种力量给转子输出能量。产生不均匀的压力分布，这种分布对转子的振动是非常有害的，短时间内就会对压缩机造成严重的破坏。

（三）强迫振动

强迫振动是由于压缩机转子故障这里可以称为非定常强迫振动。这种振动的产生是外来的干扰动力下导致的。同强迫振动一样，外在的扰动力的频率决定了离心力的压缩机转子的振动频率振动本身的幅度大小值与相位也影响外来扰动力的幅度大小与相位。反过来，弯曲振动幅值和相位的变化又影响到热变形的部位，有可能使得转子的热变形重新分布，从而使得该振动不断的发生变化。

三、低频振动的分析

低频振动一般是指激励频率低于基频振动，通常有油膜振荡、气流振荡和纹裂转子等几类。

目前大型的转子低频主要来源与气流的激振，它是一种自激振动，转子由于内部机制触发了振动的产生，将转子一部分能量转化为横向振动的能量，维持转子的不断振动的力来自于运动本身，并且这种力量又会加剧转子的振动，因此气流自激振动是一种突然发生，并且会快速增加危害性极大的现象，需要引起人们的高度重视。

消除或者减少转子气流激振的措施一般从增大系统阻尼和减少气流激振这两个方面入手。增加气流激振力的方法有适当的增大叶顶间隙，减少轴向间隙，调整转子在刚体中的位置使圆周方向间隙尽量均匀等。

四、其他故障分析

（一）联轴器以及中心

电动机与压缩机转动之间采用膜片联轴器，膜片联轴器对于轴器对于轴系中心不正具有较强的补偿能力。从振动频谱来看，振动的主要频率为工频成分，根据振动理论，如果对中不良，工振动会较大，甚至会超过工频振幅值，这样就会造成严重影响。

（二）轴承油膜

关于轴承油膜振荡，根据振动理论，油膜的振动频率约为工频的一半，那么在一半的工頻中振幅比较大，但频谱图在工频处的振幅值变化比较大，因此可以排除轴承油膜是失稳等故障。

（三）平衡的状况

机组开始运行时振动比较小，说明压缩机转子出厂时动平衡状况良好。运行一段时间后工频分量振动逐渐增大，这说明转子产生了弯曲或者在转子上有可能产生了与不平衡相类似的新激振力。

（四）轴承磨损

由振动理论可知，如果轴承磨损，将会使转子发生变化，在激振力不大时，也会产生比较大的工振动。因此在不能排除转子运行一段时间后振动逐渐增大，这种缺陷逐渐产生。

（五）动、静摩擦

从振动的规律上分析，机组的振动异常很大程度上都是由于摩擦引起的。动、静的相互碰撞，转子上受到一个大的冲击作用，将会使得压缩机产生异常的振动，同时在大的冲击下，也可能导致振动后的变化，从而产生大的差异，造成一定的轴承损失。

五、处理方案

（一）在使用机器前，严格按照离心压缩机操作要求进行开关机。

（二）做好机件检查工作。主要的机器部件定期做检查，如果发现有磨损或者有弯曲发生，及时做好更替工作，在检查过程中做好记录，以便及时全面的掌握机器运行情况。

（三）拆开后端盖，导向叶片、入口锥形体，检查装配技术数据，发现设备部件发生了磨损。磨损部分及时的对其进行修复。

总之，随着我国现代工业的高速发展，离心式压缩机需要每年数量不断增加，如何更好的做好离心式压缩机管理工作，让其在正常工作时间内能正常运行，已成为现代企业设备管理的重要目标之一。在压缩机日常管理过程中就要通过对压缩机的在线控制，出现小的故障及时排除，以便于在此故障产生较大的破坏之前，及时调整运行参数或有计划地进行对其进行停机检修。对压缩机进行状态监测，尽早识别出比较小的事故，并监测其故障的发展趋势，以便于在此故障产生较大破坏之前，及时调整运行参数或者有计划对对其进行检修。所以，在使用过程中及时对监测及时故障诊断的研究，具有非常重要的意义。

参考文献

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[2] 王立，离心式压缩故障诊断以及发展前景 《科技与发展》2017.06.

[3] 孙红梅，离心式压缩故障与检修分析 《中国新技术产品》2013.05.

[4] 叶世俭，各种结构叶片 ----叶轮系统振动特性研究  《热力发电》1999.02.

[5] 张文，转子动力学理论基础  北京  科学出版社 1990.09.

作者信息：王凯 （1991.2—），男，籍贯：洛阳 学历：大专 现在工作单位： 河南省中原大化集团有限责任公司 ，研究方向：  化工机械。