离心压缩机组振动故障机理、辨识与处理对策浅析

张博强

摘 要：为实现离心压缩机组振动故障的有效消除，文章特对离心机组的主要振动故障及其处理进行了分析。文章首先对离心压缩机组进行概述;然后分析了离心压缩机组运行中的主要振动故障机理;接下来对其振动故障的辨识进行分析;再将上述分析作为基础，提出了机组振动故障的处理措施;最后提出了几项主要的震动防控措施。希望通过研究与分析，可以为离心压缩机组的震动故障消除及其运行效果保障提供科学参考。

关键词：离心压缩机组;振动故障;故障机理;故障识别;故障处理

中图分类号： TH456                                  文献标识码：A                                   文章编号：2096-6903（2022）04-0063-03

0 引言

在离心压缩机组的具体应用中，振动故障是一种比较常见的故障形式，如果此类故障得不到有效处理，便会对机组的运行质量造成不良影响，甚至会让工业生产企业面临经济损失。因此，相关企业和运维技术人员一定要加强离心压縮机组振动故障的分析，明确其故障机理与识别方法，并通过合理的措施来进行故障处理。同时也应该做好平时的故障防控工作。通过这样的方式，才可以让离心压缩机组的振动故障得到有效防治，尽最大限度确保其安全稳定运行。

1 离心压缩机组概述

离心压缩机组的主要组成部分包括定子、转子和轴承等。其中，转子是由叶轮等部件套在主轴上所组成，借助于动力机所施加的驱动作用，转子会在轴承上高速旋转[1]。在当今，离心压缩机组已经在工业领域中得到了广泛应用，并在空气、混合气体以及各种工艺气体输送中发挥出了显著的应用优势。但是在离心压缩机组的具体应用中，振动故障是一项需要重点关注和处理的内容，只有做好振动故障的处理，才可以有效确保离心压缩机组的应用效果，满足其实际应用需求。

2 离心压缩机组主要振动故障机理分析

2.1 转子不平衡故障机理

由于离心压缩机组属于旋转型机械设备，所以在此类机组的运行过程中，如果出现了转子不平衡现象，便会引发机组的振动故障。之所以会出现这样的现象，其主要机理包括以下几个方面：第一，如果离心压缩机组转子的材质及其生产工艺不佳，便会使其自身存在不平衡问题，进而引发振动故障。第二，在离心压缩机组的具体运行中，如果因物料不均匀而出现了结垢现象，或者是叶轮出现了磨损问题，也会导致转子不平衡，进而引发振动故障。第三，如果离心压缩机组中的零部件出现了损伤性脱落问题，或者是有异物从外部进入到了压缩机内部，便会导致转子不平衡，并进一步引发振动故障[2]。

2.2 转子不对中故障机理

在离心压缩机组的具体应用中，因转子不对中所引发的振动故障比较常见。之所以会出现这样的情况，其主要原因在转子的设计、安装及其检修方面。如果转子的设计和安装效果不佳，导致转子位置偏离中心，便很容易出现对中故障。但是在离心压缩机组的实际应用中，如果压缩机负载过大，或者是技术人员操作不当，也都可能让离心压缩机组的转子位置出现一定程度的偏移，进而导致不对中故障产生。

2.3 喘振故障机理

在离心压缩机组的工作过程中，喘振故障不仅十分常见，且十分严重。该故障的主要成因是离心压缩机组旋转失速情况未得到有效控制，经进一步的发展，便导致了喘振故障。在离心压缩机组的具体运行中，随着负荷的逐渐降低，当进气流量逐渐达到设计边界时，受到压缩的气体将会从扩压器或者是叶轮中脱离出来，进而出现严重的冲击损失。这样的情况不仅会降低离心压缩机组的运行效率，同时也会使其管网内的气流在压力影响下出现回流现象，进而使离心压缩机组和管道出现剧烈振动。另外，管网系统自身容积也会对离心压缩机组的喘振频率和振幅造成直接影响，容积越大，管网系统内部气体越多，积聚的能量也越高，这样就会产生越大的振幅;但是此种情况也会在一定程度上降低离心压缩机组和管道喘振频率。

3 离心压缩机组主要振动故障辨识分析

3.1 转子不平衡故障辨识

在对转子不平衡所引起的离心压缩机组振动故障进行判断时，运维人员可通过振动频谱和时域波形图的方式来进行故障辨识。根据此类故障的成因分析可知，若转子自身质量不平衡，转子每转动一周，其离心力便会出现一次响应，也就是振动频率和转子基频一致，即振动频率和转动频率相等。因此，在对此类故障进行辨识的过程中，基频成分幅值可用作转子不平衡故障的重要判断依据。

3.2 转子不对中故障辨识

在对转子不对中所导致的离心压缩机组振动故障进行判断时，其主要的辨识方法包括以下几点：第一，可通过振动趋势进行识别，如果是由于转子不对中所导致的振动故障，随着转子负荷的加大，其振幅也会逐渐上升。第二，离心压缩机组自身的振动频率大约在转子频率的二倍左右。第三，在此类故障产生之后，轴承中心高度相对较低的位置将会被架空，进而降低其油膜的稳定性，因此相较中心高度较高的位置，轴承振动也会更大。

3.3 喘振故障辨识

对于离心压缩机组运行中出现的喘振故障，其主要辨识方法包括以下几种：第一，喘振故障具有较低的震动频率，通常在1～30 Hz之间[3]。第二，在喘振故障发生时，排气端压力以及进气端流量会出现周期性较大的脉动。第三，管道内发出的噪音会加剧，且呈现出忽高忽低的现象。第四，在喘振过程中，离心压缩机组壳体和轴承位置的振幅会显著增加，且变化特征呈周期性。相比较其他形式的振动故障而言，在喘振故障发生后，轴向振动情况会更加显著，轴位移情况也会显著增加，产生的推力会加大轴承荷载。

4 离心压缩机组振动故障处理策略分析

4.1 转子不平衡故障处理

对于此类问题，如果是由于转子自身材质或工艺问题，则需要进一步进行压缩机组的合理设计，将高性能材料用作转子制作材料，并使其加工工艺误差得到良好控制，这样便可有效解决转子自身的不平衡问题。对于腐蚀和结垢导致的转子不平衡故障，可在转子设计中合理应用一些具有减缓腐蚀或结垢的措施，比如通过涂层法来防治腐蚀、结垢问题，以此来保障压缩机转子应用质量，避免转子不平衡故障产生。这些方法对于离心压缩机组振动故障的避免都具有很好的应用效果。

4.2 转子不对中故障处理

在离心压缩机組的具体设计、制造及其应用中，为实现转子不对中故障的有效避免，以此来防止此类故障所引发的振动，生产制造企业就需要对转子的设计及其安装做到足够重视。在此过程中，可通过一些措施来实现转子的精确对中。比如，可借助于定位凸台来进行设计。而在离心压缩机组的安装中，技术人员更应该严格按照生产制造商所提供的安装标准来进行安装，做好冷态和热态数据的严格检查与校核，并使其基础沉降状态保持合理[4]。在离心压缩机组的应用过程中，技术和运维人员一定要对其轴承油膜压力变化情况进行动态监测，若发现油膜压力突然上升，则说明轴径外表面和下半轴承体内表面的间隙已经在逐渐减小;如果发现油膜压力呈现出下降趋势，则说明轴径外表面和下半轴承体内表面的间隙已经在逐渐扩大。对于这些问题，技术与运维人员一定要检查压缩机组是不是产生了转子不对中问题，并根据实际情况，采取合理的措施来进行对中处理。通过这样的方式，才可以有效避免因转子不对中而导致的离心压缩机组振动故障。

4.3 喘振故障处理

在离心压缩机组出现了喘振故障之后，如果不能及时使其得到有效控制，引发的后果可能会非常严重，在交变应力的影响下，离心压缩机组中的转子会出现断裂情况;如果喘振现象十分强烈，在喘振过程中，轴承和密封都可能会被损坏，进而造成非常严重的安全事故。因此，在离心压缩机组的具体设计、制造与应用过程中，相关企业和工作人员一定要对此项故障做到足够重视，并通过以下的措施来做好此类故障的防控：第一，在对离心压缩机组进行设计的过程中，一定要使其操作稳定范围加宽[5];第二，在离心压缩机组中，应做好防喘振回路旁路等的设置，以此来实现喘振故障的有效防控;第三，对于离心压缩机组，需要在其性能曲线上做好充足的裕度保留，以此来实现喘振预防控制线的设置。

在离心压缩机组的具体应用中，如果出现了喘振故障，操作人员不可立刻停车，而是应该立刻打开喘振预防控制阀，让入口流量可以在短时间之内迅速升高，以此来快速消除喘振现象。就目前的离心压缩机组来看，自动化以及智能化技术已经在其中得到了广泛应用，而借助于自动化与智能化控制技术，便可实现离心压缩机组喘振故障的及时有效控制。在该故障得到控制之后，运维技术人员需要对其喘振故障的原因进行科学分析，然后根据具体原因和实际情况，采取合理的措施来解决喘振问题。但是若在应用中反复多次出现了喘振故障，操作人员就需要停车对其进行检查，以此来确保喘振故障的及时消除。

5 离心压缩机组振动故障防控措施分析

5.1 做好设计与加工质量控制

为了让离心压缩机组运行中的振动故障得到良好防控，在对此类设备进行设计时，设计者一定要确保其结构的合理性和简洁性，这样便可实现振动故障的有效降低。对于关键的零件，设计者一定要在充分的理论分析基础上通过数字化三维仿真软件进行模拟，以此来确保设计余量的充足。同时，由于压缩机自身的精密程度很高，其公差需要得到严格控制，所以在对此类设备进行加工时，技术人员一定要注意确保零件的加工精度，并做好各个零部件装配质量的保障。

5.2 定期检修

在离心压缩机组的具体应用中，相关企业和运维人员一定要定期对其进行检修。通常情况下，运维人员不仅需要对离心压缩机组的具体情况进行评估和判断，同时也需要对其工作环境进行科学评估，然后以此为依据，合理制定离心压缩机组的间隙周期。同时，运维人员还需要将离心压缩机组的实际运行情况作为依据，定期对其进行保养。经相关调查和试验发现，在离心压缩机组运行了一段时间后，其中的一部分构件会逐渐老化，如果不及时进行维修或更换处理，容易对其运行质量和运行安全造成威胁[6]。基于此，运维人员一定要对离心压缩机组中的零部件进行定期检修，这样才可以确保其运行效果，避免振动故障的产生。

5.3 及时更换磨损部件

在离心压缩机组中，很多部件都容易被磨损，比如轴承、密封、轴套、叶轮等，如果这些部件的磨损不能被及时发现，便很可能引发振动和其他故障。因此，在对离心压缩机组进行振动故障防控的过程中，运维人员一定要定期对容易磨损的部件进行更换，尤其是对于即将到达使用周期的部件，一定要及时做好更换处理。在此过程中，相关企业和运维人员也需要充分了解通过新型材料生产的部件，并将其用来替代传统的易磨损部件，以此来延长更换周期，有效降低部件磨损情况的发生。

5.4 做好信息化维护

在当今的信息化时代中，所有的设备都可以通过信息化的方式来进行监控。因此，在对离心压缩机组进行振动故障的防控过程中，相关企业也可以通过信息化的方式来维护。在此过程中，企业与技术人员可将PLC作为基础，设计和开发一个自动化、智能化的离心压缩机组运行监控系统，通过相应的传感器来进行离心压缩机组中各个部件运行参数的采集，并将其与预先设置在PLC自动化控制系统中的原始运行数据进行对比。若发现了离心压缩机组中部件的运行参数异常，PLC会便会及时发出相应的异常报警，并将相应的控制指令及时下达到执行机构中;对于自动化监控系统无法消除的振动故障，系统会立即将异常报警发送给运维技术人员，使其明确异常现象及其出现的位置，并为其提供科学的维修参考方案。通过这样的方式，不仅可以保障离心压缩机组的运行效果，最大限度防止振动故障对其运行质量与安全的不良影响，及时消除离心压缩机组的振动故障和其他故障，并实现运维技术人员工作效率的提高与工作强度的降低。

6 结论

综上所述，离心压缩机组在当今的工业领域中具有非常好的应用价值。但是在此类机械设备的具体应用中，一旦出现了振动故障，便会对其运行效果产生很大程度的不良影响，轻则影响其工作质量，造成离心压缩机组中的部件损坏，重则将会引发严重的生产安全事故，为企业带来重大经济损失甚至人员伤亡。基于此，在对离心压缩机组进行设计、制造和应用的过程中，相关企业和技术人员都应该加强对振动故障的分析，包括主要振动故障的形成机理、识别策略等，以此为依据，对离心压缩机组的振动故障进行科学处理。同时，相关企业和技术人员也应该重视离心压缩机组生产、制造及其应用中的振动故障防治措施，并使其得以合理应用。通过这样的方式，才可以有效消除离心压缩机组的振动故障，确保其安全稳定运行，进而为离心压缩机组的良好应用以及相关企业的发展奠定坚实的技术基础。

参考文献

[1] 王红柱，陈拥军.离心式压缩机振动的原因与处理措施[J].化工设计通讯，2021（12）：73-75.

[2] 文定良.离心压缩机振动故障分析与诊断案例[J].制造业自动化，2016（6）：137-142.

[3] 程鹏达.大型离心压缩机组振动故障诊断与处理分析[J].中国设备工程，2021（23）：186-187.

[4] 太兴宇，李云，孟继纲，等.某二氧化碳离心压缩机转子次同步振动分析[J].风机技术，2021（5）：66-70.

[5] 田华.空气离心压缩机轴振动高原因分析及对策[J].聚酯工业，2021（5）：54-56.

[6] 曲秋宇.初探压缩机异常振动分析与排除[J].中国石油和化工标准与质量，2021（16）：150-151.