摘要:针对大型空分装置的空压机+氮气增压机压缩机机组振动故障进行分析,诊断出振动故障的原因，准确地找出了故障源：在中压缸推力侧振动值突然升高，是由于转子不平衡引起的振动；在增速机输出侧振动值突然升高，是由于联轴器故障引起的振动。
关键词：离心式压缩机；振动；故障分析
中图分类号：TTH452 文献标识码：B
文章编号：1006-8155（2008）03-0000-00
Analysis and Treatment for Vibration Fault in Centrifugal Compressor of Large-scale Air Separation Plant
Abstract: According to the analysis on vibration fault in compressor unit with air-compressor and nitrogen booster of large-scale air separation plant, the reason for vibration fault is diagnosed and the fault source is accurately found out. The reasons for the vibration value abruptly rising in thrust side of medium pressure cylinder and in outlet side of increasing gear are due to the vibration caused by unbalancing rotor and fault coupling respectively.
Key words: centrifugal compressor; vibration; fault analysis
0 引言
空分装置为化工企业的主要装置，空压机又是空分装置主要设备，空压机长期稳定运行，才能确保空分装置为其它工艺系统装置提供氧气及氮气。而振动是压缩机的常见故障[1-3]，当振动过大时会影响压缩机的可靠运行，给生产造成很大的损失，因此保证压缩机的安全可靠运行，对提高生产效率及经济效益有重要的意义。
1 设备基本情况
某化肥厂48000Nm3/h空分装置安装了DMCL1204+2MCL1203+3BCL608离心式压缩机，该压缩机组由汽轮机、空压机低压缸及中压缸、增速机、氮气增压机组成，如图1所示，图中只绘出了二段进气的法兰，其余进出气法兰没有绘出。由于是生产初期，本机组没有安装振动测试分析仪。本机组汽轮机功率为39299kW，空压机流量为246700Nm3/h，空压机出口压力为0.64MPa(A)，空压机工作转速为4405r/min，氮气增压机的流量为164407 Nm3/h，氮气增压机出口压力为8.31 MPa(A)，氮气增压机工作转速为9168 r/min。
2 振动故障
2.1 故障特征1
该空压机组安装完毕，并已通过机械运转，机组各轴瓦振动测点数值在正常范围之内。机组测振元件采用美国本特利测振探头，通过计算机实时跟踪记忆监测。
该空压机机组再次试运，投入空分装置，运行至大约10h，空压机组中压缸如图1中测点0013A/B出现振动，振动值突然上升到了100μm，即振动值超过了连锁值，致使空压机机组停机。
2.2 故障特征2
由于是试运阶段，该压缩机组经多次启动运行，并多次拆装检修。又一次启动运行8h后，如图1变速机输出端0016A/B出现振动,振动值突然超过了连锁值，达到了满量程150μm，压缩机组再次停机。停机后，在微机实时记忆监测画面上显示该测点数值始终为150μm，没有归零。
该离心压缩机组的正常振动值、出现振动的位置及连锁值列于表1中。
表1 空压机+氮气增压机机组振动值及联锁值
位置 | 位号 | 振动值/μm | 连锁值/μm |
增速机输出侧 | 0016A/B | 10.2/9.2 | 91 |
中压缸推力侧 | 0013A/B | 18.5/19.2 | 90 |
3 故障分析
离心式压缩机振动现象主要包括转子不平衡、对中不良、联轴器故障、轴承缺陷等。
由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的转子不平衡，这种原因引起的振动在试运之初，便会产生振动；由于转子上不均匀结垢、介质中粉尘的不均匀沉积、介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损等原因引起的转子不平衡，表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大；由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的转子不平衡，表现为振动值突然升高。
各转子之间用联轴器联接传递运动和转矩，由于机组的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机组基础的不均匀沉降等，有可能会造成机组工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动，而且振动会随不对中严重程度的增加而增大。
联轴器安装有误、联轴器制造不平衡、联轴器端面偏差过大、弹性联轴器制造精度不够、销钉不等重等原因会造成联轴器故障。轴瓦间隙偏大、油膜涡动等原因是造成轴承缺陷的主要原因。
该离心压缩机组安装后，已经过多次试车，并且在试车后经过多次拆装、对中检查，运行一直平稳，见表1中的振动值。根据前述振动故障特征1，在中压缸推力侧振动值突然升高，可能由于转子上零部件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成的转子不平衡，进而引起振动。根据前述振动故障特征2，在增速机输出侧振动值突然升高，停机后，微机实时记录的振动数据仍没有归零，引起故障的原因比较复杂，有可能是工作状态下热膨胀引起的对中不良，或者是在拆检过程中安装不当等原因引起的联轴器故障，也可能是测量仪表失灵。
4 故障处理
根据上述的故障特征分析，由于转子不平衡引起的振动，则需拆缸检查。由于对中不良、或者联轴器故障引起的振动则需要拆检联轴器。
4.1 拆缸检查
将中压缸上壳打开，发现一二级叶轮流道有细铁丝，再拆检二段冷却器后，发现冷却器里有大量细铁丝，从而判断是中压缸二段进口法兰缠绕垫片被吸进压缩机叶轮流道里，这是由于安装时垫片偏斜，导致气流冲击垫片破损，不锈钢丝被吸进压缩机叶轮里，压缩机转子瞬时间失去平衡，振动过大，造成压缩机组连锁停机。表明振动故障特征1是由于吸入异物造成转子不平衡而引起的振动。进行清理压缩机流道及冷却器，再次开机运行正常。
4.2 拆检增速机与增压机联轴器
拆检联轴器发现，增速机侧拆装膜片联轴器中间套安装螺栓没有拆下，导致增速机振动过大，使压缩机组连锁停机。
膜片联轴器借助膜片弹性变形，补偿安装误差、运行过程中产生的热膨胀、利用膜片的挠性（弹性变形）来补偿两轴间的相对位移。由于膜片安装螺栓没有拆下，安装螺栓将膜片压死，致使增速机侧膜片不能轴向、径向和角向相对位移。最后导致振动过大，造成压缩机连锁停机。
将联轴器中间套拆下，进行重新对中找正，重新安装联轴器，再次试机机组运行正常。
5 讨论
由于异物铁丝的吸入，使叶轮产生了附加的离心力，进而造成转子不平衡而引起振动。当铁丝处于叶轮内径边缘处时，由此而产生的离心力可经下面公式算出。
该机组叶轮的内径为D1=0.85m，转速为n=4405r/min，吸入的铁丝质量约为G=0.5kg。叶轮的角速度ω与叶轮转速的关系[4]为
(1)
离心力F的计算公式为
(2)
其中r=D1/2
根据式(1)和式(2)计算可得离心力的大小约为F=1.28kg，这一附加离心力是造成故障特征1振动过大的主要原因。
6 结束语
本文对大型空分装置的空压机+氮气增压机压缩机机组振动故障案例进行了分析,诊断正确，给出了故障处理措施，使问题及时解决，为安装维修人员提供了经验。并得到了如下结论：（1）在中压缸推力侧振动值突然升高，是由于转子不平衡引起的振动；（2）在增速机输出侧振动值突然升高，是由于联轴器故障引起的。
参 考 文 献
[1] 马雷.离心式压缩机故障原因分析及处理措施[J]. 风机技术,2007(1):83-84.
[2] 陈冬.离心式空压机振动故障的诊断与检修[J].风机技术,2006(3):61-62,53.
[3] 施俊侠,王大成,黄斌.离心式压缩机的振动故障分析[J].风机技术,2003(6):47-49.
[4] 西安交通大学透平压缩机教研室.离心式压缩机原理[M].机械工业出版社,1980.
