离心式压缩机制造过程质量控制要点及振动超标典型故障剖析

李科锋，刘 鑫

（上海众深科技股份有限公司沈阳分公司，辽宁 沈阳 110027）

1 离心压缩机的工作原理

离心式压缩机是利用旋转的叶轮实现能量转换（将原动机所输入的机械能转变为气体的压力能和动能）的机械。离心式压缩机一般为多级压缩，单级压缩比小。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内能的机器。

2 离心式压缩机的基本结构

离心式压缩机结构可分为转子与静子两大部分：转子主要包括主轴、叶轮、推力盘、平衡盘等旋转零件；静子主要包括机壳、隔板（含扩压器、弯道、回流器等）、级间密封等。

基本结构：

（1）垂直（径向）剖分型：转子包括叶轮、主轴、轴套、隔套、平衡盘、推力盘、联轴器及锁紧螺母等转动零件的总称，定子包括机壳、端盖、内机壳（如有）、隔板、密封。

（2）水平（轴向）剖分型：转子包括叶轮、主轴、轴套、隔套、平衡盘、推力盘、联轴器及锁紧螺母等转动零件的总称，定子包括焊接机壳、隔板、密封。

（3）整体齿轮增速型：转子包括：高速齿轮、叶轮，低速齿轮、低速齿轮轴、联轴器等，定子包括：齿轮箱体、蜗壳、扩压器、型环等[1]。

3 制造过程的质量控制要点

石油化工装置用离心式压缩机，其采购《技术协议》中一般均规定：设计、制造、检验与验收标准采用API617 标准。

（1）在介入检验工作前或检验工作初期要认真、仔细、逐字逐句、前后对照的研读由委托方提供的图纸、图表、技术协议、数据表、采购合同、技术协调会议纪要、各方往来技术函件等各种技术文件资料；对其中的重点、差异性的地方要特别给予关注，在以后编制检验计划（或大纲）时尽可能体现出来；对技术文件资料前后规定不一致、异于常规、或与相关标准不一致的现象要在恰当的时间向委托方提出。

（2）介入检验工作后，要及时审查有效的图纸、制造工艺、生产计划、检验试验方案、质量管理体系文件、质量/ 环境/ 职业健康安全管理文件；落实加工装备、工具、器械；检验试验用工、卡、量具及设备、仪器仪表；审查设计、制造许可文件、特种操作人员资格证书、质量检验人员资格证书。

（3）在上述两项确认无误的情况下，及时编制质量计划（ITP）、监理细则（DITP），并经相关负责人进行校核及审核。

（4）主要零部件材质审查：熔炼钢锭的合格证审查、零部件锻造毛坯的锻件合格证审查、零部件热处理后的机械性能（包括硬度）试验报告审查，零部件热处理报告或曲线图审核。

（5）机壳等承压部件压力及气密性试验见证：水压试验：机壳及密封腔、工艺气管路；试验压力：设计压力的1.5 倍，保压时间不少于30min ；气密性试验压力：机壳按照设计压力的1.0倍进行，保压时间不少于30min ；气密性试验介质：当输送介质相对分子量≤12，用氦气做介质进行气密性试验；当输送介质相对分子量＞12 时，用氮气或空气做介质进行气密性试验。

（6）液体渗漏试验部件：增速齿轮的箱体；压缩机机旁回油管路，机组配套油站的主油箱、高位油箱。

（7）热处理检查：筒体、端盖：粗加工后的消应力热处理（适用于BCL 型压缩机）；平衡盘、推力盘：粗加工后的消应力热处理；主轴：粗加工消应力热处理；半精加工后的稳定化热处理；叶轮：粗加工后消应力热处理；焊接后的消应力热处理；半精加工后的固溶化+ 真空时效热处理；焊接机壳：焊后消应力热处理；粗加工后的消应力热处理（适用于水平剖分型压缩机）；隔板：铸造后的消应力热处理；轴齿轮、大齿轮：粗加工后的消应力热处理及齿面硬化热处理（适用于齿轮整体增速型压缩机；当主机配有齿轮箱时）；齿轮箱体：焊后消应力热处理（适用于齿轮整体增速型压缩机；当主机配有齿轮箱时）。

（8）无损探伤检查：筒体、端盖：粗加工后进行UT、精加工后进行MT 检测、端盖焊接“丝堵”后进行PT 检检测（适用于垂直剖分型压缩机）；主轴、平衡盘、推力盘：进行UT（粗加工后）、MT 检测（精加工后）；隔板：MT/PT 检测（技术协议如有规定）；叶轮：粗加工后进行UT 检测、精加工后进行MT 检测、PT（消应力热处理后、固溶化热处理后、精加工后、超速试验后）；轴齿轮、大齿轮：粗加工后进行UT 检测、精加工后进行MT 检测（适用于齿轮整体增速型压缩机；当主机配有齿轮箱时）；焊接机壳：轴承体与中分面法兰焊后UT 检测，进出风筒环焊缝的RT 检测，弯板与端板、中分面法兰、进出风筒焊缝的PT 检测（适用于水平剖分型压缩机）。当压缩机的机旁气管路需进行RT 检测。

（9）主要部件尺寸及外观质量检查，尺寸：各部件主要配合尺寸；隔板束：水平度检查。外观质量：铸、锻件、铆焊件的外观质量及内部清洁度。

（10）叶轮超速试验：试验转速确定：为最大连续转速的1.15倍；试验时间的确定：时间不少于1min。

（11）主轴消磁处理、转子的机械及电跳量检查、转子低速、高速动平衡试验及跳闸转速试验：转子消磁处理后的残磁最大允许值为5 高斯；转子的叶轮、主轴颈、油封、气封、隔套、联轴节的径向跳动值；叶轮、推力盘、联轴节的端面跳动值；转子的机械电跳量值≤6.35μm。

（12）机组底座：消应力处理；地脚螺栓孔定位尺寸检查。

（13）压缩机总装：①外购件核对；②主要零部件标识核对、清洁度检查；③压缩机总装间隙检查。

（14）运转试验前的准备：①试车大纲确认；②试验用仪表检查；③油系统的清洁度检查。

（15）运转试验：①机械运转试验稳定运行时间不少于4 小时；轴承温度；润滑油温升；轴的驱动端及非驱动端的未滤波的双向振幅；机组噪声；②解体检查：全部轴瓦、轴颈表面，应无划痕及划伤；级间密封、口圈密封、平衡盘密封，应无划痕划伤。

（16）涂装及发运前检查：产品铭牌、转向标识应固定在醒目位置、机加工表面和非机加工表面防锈处理、所有开孔或公用接口必需封口，合同有要求的需带配对法兰、垫片、螺栓螺母。

机组色标检查。

清点零部件、配套件。

核对随机资料。

包装检查：装箱清单；箱内零部件要固定、防雨、防潮；封箱要牢固；箱外收货唛头、重心标识、起吊标识、垛码数等。

4 机械运转试验振动超标典型故障剖析

离心压缩机的机械运转试验振动超标主要由于转子不对中和不平衡，轴瓦间隙过大引起的。

转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。

转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中。

联轴器不对中。

可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。

（1）平行不对中时振动频率为转子工频的两倍。

（2）偏角不对中使联轴器附加一个弯矩，以力图减小两个轴中心线的偏角。轴每旋转一周，弯矩作用方向就交变一次，因此，偏角不对中增加了转子的轴向力，使转子在轴向产生工频振动。

（3）平行偏角不对中是以上两种情况的综合，使转子发生径向和轴向振动。

轴承不对中实际上反映的是轴承座标高和轴中心位置的偏差。

轴承不对中使轴系的载荷重新分配。负荷较大的轴承可能会出现高次谐波振动，负荷较轻的轴承容易失稳，同时还使轴系的临界转速发生改变。

转子不对中故障的特征是：

（1）转子径向振动出现二倍频，以一倍频和二倍频分量为主，轴系不对中越严重，二倍频所占的比例就越大，多数情况甚至出现二倍频能量超过一倍频能量。

（2）振动信号的原始时域波形呈畸变的正弦波。

（3）联轴器两侧相邻两个轴承的油膜压力呈反方向变化，一个油膜压力变大，另一个则变小。

（4）典型的轴心轨迹为月牙形、香蕉形，严重对中不良时的轴心轨迹可能出现“8”字形。

不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的，引起转子自不平衡的原因是多方面的：

（1）转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差。

（2）转子部件缺损，如：运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落。

（3）转子受疲劳应力作用造成转子的零部件局部损坏、脱落，产生碎块飞出等。

转子自不平衡的振动信号，其时间波形和频谱图一般具有如下典型特征：

（1）原始时域波形的形状接近一个纯正弦波。

（2）振动信号的频谱图中，谐波能量主要是集中在转子的工作频率（1X）上，即基频振动成分所占的比例很大，而其它倍频成分所占的比例相对较小。

（3）在升降速过程中，当转速低于临界转速时，振幅随转速的增加而上升。当转速越过临界转速之后，振幅随转速的增加反而减小，并趋向于一个较小的稳定值。当转速等于或接近临界转速时，转子将会产生共振，此时的振幅具有最大峰值。

（4）当工作转速一定时，振动的相位稳定。

（5）转子的轴心轨迹图呈椭圆形。

5 结束语

离心压缩机是石油化工生产工业中不可或缺的重要设备，它的制造质量直接关系到运行工作质量直接影响到企业的经济效益，因此务必应该加以重视。本文首先介绍了其制造过程的质量控制要点，然后对机械运转试验的振动超标原因进行了具体剖析，使其在业主现场实现一次开车成功的理想效果。