浅谈离心式压缩机中轴系仪表的相关知识

王鹏　刘继文

【摘 要】本文结合我厂合成氨工段离心式压缩机的结构、原理，介绍了离心式压缩机轴系仪表的重要性及安装、调试。

【关键词】轴系仪表；离心式压缩机；安装；调试；应用

0 前言

转子是离心压缩机的关键部件，它高速旋转。为达到转子的高速旋转要求并保证设备的安全，及系统的正常运行须采用轴系参数（轴系的温度，位移，转速）参与安全联锁，并且对轴系参数进行仔细的安装调试。

1 离心式压缩机

1.1 工作原理

利用气体动力学原理，介质进入叶轮叶道后，高速旋转的叶片带动介质旋转，使介质产生离心力，在离心力作用下介质飞出叶道并产生动能和压能，从而实现机械能转化。随后，介质进入扩压管，介质流动速度降低，使部分动能转化为压能，达到压力升高的目的[1]。

1.2 结构

离心式压缩机主要由转子、定子和辅助设备等部件组成。通常，我们分解一台离心式压缩机可以准确的知道其中的一些部件可以转动，还有一些部件不能转动，因此可以转动的称为转子，不能转动的称为定子。转子由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等主要部件组成。定子由扩压器、弯道、回流器、轴承、气缸、蜗壳等组成[2]。

1.3 注意事项

启动前，首先做好以下准备工作：

1）检查机组是否具备启动条件（包括检查上次停车的原因及检修情况；检查机组周围是否有障碍物；启动的工具、听针、记录表等是否已准备好）。

2）检查电机、电气、仪表、灯光信号是否正常，特别是事故连锁系统是否能正确动作（包括断水、油压低、轴向位移等项）。

3）油润滑系统是否正常（油箱油位、油箱底部有无积水、辅助油泵及油路正常）。

4）冷却系统及冷却水情况（水压、水温、阀门是否灵活等）。

5）阀门是否灵活好用，是否能按照要求关闭和打开。

6）启动前要进行盘车，检查转动部件是否灵活，轴位指示器有无变化

启动后，需要认真监控机组：

1）机组各部分是否有异常声响，以及振动是否超过允许值。

2）检查各轴承的油温上升速度。若轴承温升太快，接近最高允许值时应立即停车，这里须轴系温度进行测量监控。同时还应注意油冷却器出口温度，倘若上升到允许范围35～40℃，应切断油加热系统，并慢慢打开油冷却器进口阀。

3）调整各冷却器进口水量，使冷却器后介质温度不超过允许值。

4）根据空分操作要求，调整压缩机的排出压力。

5）在膨胀机启动后，密切观察压缩机排出压力与进口流量变化情况，防止发生喘振。

1.4 优缺点

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：

1）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。

2）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。

3）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。

4）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：

1）离心式压缩机还不适用于气量太小及压比过高的场合。

2）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。

3）离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低。

2 压缩机轴系仪表的安装与调试

2.1 简介

结合离心式压缩机的结构和优缺点，同时为保证设备的安全，及系统的正常运行，必须要采用轴系参数。轴系参数通常是指轴系的温度，位移，转速。具体是指前后主轴瓦温度，前后推力瓦温度，前后轴振动，轴位移，轴键相及转速。

2.2 轴系温度

压缩机的轴系温度主要是热电阻，其调试与普通热电阻相同。但要注意轴系热电阻的体积较小引线很细，很长。在安装时要配合工艺安装人员，按部就班的进行安装，要把引线排入预留槽中，特别防止轴瓦盖压住引线。轴系热阻引线很细，虽然外侧有保护层，但受外力的时候很容易折断。轴系热阻在引出机体后要做上记号，因为在每端引出的热阻一般有好几支，如不做好记号盖盖后很难分清。另外，还要用万用表测量热阻引出端的电阻是否正常，（轴系热阻一般为埋入式双支热电阻，每支热阻的引出线为六根，两根红色的两个热阻的A端，四根白色的分别为两个热阻的B、C端。）用兆欧表测量线间与绝缘层、以及对地的绝缘是否合格，否则必须进行更换。检查没有问题之后，才能联系工艺安装人员封盖。

2.3 轴系转速

离心式压缩机的转速测量中使用比较普遍的是霍尔式转速传感器和电涡流式转速传感器。霍尔式转速传感器的感应对象为磁钢。当被测体上嵌入磁钢，随着被测物体转动时，传感器输出与转动频率相关的脉冲信号，达到测速的发讯目的。我厂合成工段压缩机测速仪表主要使用的是电涡流传感器，电涡流式转速传感器是检测被测物的位移，在被测物上开槽，开孔，或凸起，或齿轮。随着被测物体的转动时，传感器输出与转动频率相关的脉冲信号，达到测速的发讯目的。在安装时要注意转速传感器的测量距离（具体数据根据实际选用传感器来定}，要仔细调整传感器的位置，使其在测量距离之内。并由工艺安装人员配合安装，保证没有触碰。

2.4 轴系振动、位移

在轴系参数中最重要是轴系的振动、位移参数。同时，轴振动，轴位移及键相的安装调试也是相当繁琐复杂的。现在常用的轴系监测仪表主要是本特利3300/3500系列。我厂检测探头以本特利3300系列为主，因此下面以本特利3300系列仪表为例着重探讨轴振动，轴位移及键相的安装调试。

2.4.1 安装前准备

首先在轴系仪表安装前要先对轴系传感器进行单体静态调试，由于轴系传感器的测量原理是相同的，在长度相近的情况下轴振动，轴位移及键相传感器可以互换使用，所以其单体静态校验是相同的。以本特利3300系列传感器校验为例，所用校验仪为本特利校验仪TK3-2E，本特利校验仪TK3-2E可校验美国本特利.内达华公司制造的8mm、11mm、14mm、25mm、涡流探头[3]。此仪器可以方便地在现场进行探头间隙调整。

具体操作步骤如下：

（1）连接校准设备。

（2）调整在TK3上的轴状千分尺，一直到其读数为0.51mm（20mils）。

（3）把探头装到TK3的探头夹持器里，调整在夹持器里的探头，直到数字万用表的指示为-3±0.10V DC。

（4）调整千分尺到0.20mm（8mil），然后再调回到0.25mm（20mils），以补偿千分尺的机械间隙，记录输出电压。

（5）用千分尺以0.25mm（10mil）为增量，递增间隙，每一次增大间隙后，都要记录其电压大小。

（6）对于每次的电压递增，从相应于较小间隙的电压减去相应于较大间隙的电压，然后除以0.25mm（10mils），这会导出系统增量的灵敏度（ISF）7.87±0.79v/mm（200±20mv/mil）。

（7）从2.28mm（90mil）处的电压，减去0.25mm（10mil）处的电压，然后除以2.03mm（80mil），这样就得到系统的平均灵敏度（ASF）7.87 ±0.43v/mm（200±11mv/mil）。

（8）如果系统的增量灵敏度（ISF）或者平均灵敏度（ASF），超差，需要重新校准。

注：电涡流传感器的平均比例系数的计算方法如下

平均比例系数（ASF）=间隙电压的变化/间隙的变化

=[-18VDC-（-2VDC）]/（0.09英寸-0.01英寸）

=200VDC/英寸=200mv/mil

相关的换算：1英寸=0.0254米=2540um

平均比例系数（ASF）=200/25.4=7.87mv/um

2.4.2 具体安装

在传感器经过单体静态校验合格后方可往机体上安装，轴振动，轴位移，键相传感器安装的具体步骤如下：

1）轴振动探头的安装

轴振动探头的安装一般采用电气测隙法，其安装调试步骤如下：

（1）先找到相应的前置器和延伸线，检查相互连接情况并送电（要注意前置器供电是-24V DC），用数字万用表直流电压档（20VDC）接到前置器信号输出和公共端子上。

（2）检查探头安装孔，丝扣应无损伤，无异物，将探头旋进相应的螺丝孔中，待旋进一定深度后，将探头和延伸线连接上，并注意观察万用表电压。

（3）继续旋探头，一直到数字万用表上直流电压读数合适为止。（探头特性曲线中点，一般取10V）注：传感器线性的中间位置是9.75V，这就是我们在安装探头时，要把探头装在输出电压是10V左右的道理。既要避开死区电压（3V以下）。又要使其工作在线性区。

（4）上紧背帽，固定紧探头，（此时再观察间隙电压值确信未变）连接好电缆接头，并做好绝缘包扎。

2）轴向位移探头的安装

轴位移探头一般也采用电气测隙法，但需要机械检修人员配合方能准确安装。

（1）在机组检修完成但尚未装联轴器时，由机修人员把轴撬到零位参考位置，（一端工作面）并提供轴窜量。

（2）按径向振动探头安装步骤和注意事项将探头安装到预定位置（指示窜量的一半）

9.8+1/2窜量×10×平均比例系数7.87=所需调整的电压

实例 安装轴位移探头时，已知设备人员打的串量为50道.现在轴打到远离探头安装点，轴位移探头基准电压为9.75V DC，试计算此时安装电压值？（保留两位小数）

因为1道=10um，1um对应7.87mV

所以此串量下电压V1=50/2×10×7.87×10^（-3）=1.97V

因轴在远端安装点

安装电压V=V1+9.75=11.72V DC

（3）由机械检修人员将轴接到两端的尽头，分别看监视仪所指示的上下行窜量是否和机械检修人员用千分表测得的窜量一致，若不一致，可以机械、仪表方面找原因。

（4）当监视仪指示和机械千分表测得的窜量一致，其误差在允许范围内时，参照轴振动探头所述 安装步骤固定好探头和延伸线。

3）键相探头的安装

当在轴上作一个标记，让探头前置器系统在轴转动时，每转感测产生一个脉冲信号，该信号即称键相信号，它在状态监测中作为转速计数信号，相角分折的参考点及计算机系统的采样控制信号。键向探头的安装方法和注意事项基本和轴振动振动探头一致，需要注意的是：键相槽开槽和探头安装孔时要对准；键相探头必须错开键相槽（由工艺人员配合盘车错开）安装，不得对准键相槽或对着键相槽的一部分安装。

3 结束语

在实际施工中，尤其是在试车阶段，由于工艺上可能存在一些问题或是工艺要求，要对离心式压缩机或汽轮机进行再次开盖。仪表安装人员必须要配合工艺安装人员对轴系仪表进行拆卸，等工艺施工完成后，再由工艺人员配合，按以上步骤重新安装。由于汽轮机，压缩机是工艺系统的核心部分，运行中不允许停车，所以在轴系仪表安装调试的过程中，必须认真，严谨。轴系的温度，位移，振动参数都是控制系统中重要的连锁点，一点发生故障就会造成整个系统的停车。

【参考文献】

[1]西安交通大学风机教研室，外编.离心式压缩机机构原理与计算[M].上海第三压缩机厂，1972.

[2]大连工学院，编.年产30万吨合成氨厂离心式压缩机[M].北京：化学工业出版社，1982.

[3]李燕.本特利3300汽机检测系统的调试与应用[J].广西电力技术，2001（4）.

[责任编辑：汤静]

2.4.1 安装前准备

首先在轴系仪表安装前要先对轴系传感器进行单体静态调试，由于轴系传感器的测量原理是相同的，在长度相近的情况下轴振动，轴位移及键相传感器可以互换使用，所以其单体静态校验是相同的。以本特利3300系列传感器校验为例，所用校验仪为本特利校验仪TK3-2E，本特利校验仪TK3-2E可校验美国本特利.内达华公司制造的8mm、11mm、14mm、25mm、涡流探头[3]。此仪器可以方便地在现场进行探头间隙调整。

具体操作步骤如下：

（1）连接校准设备。

（2）调整在TK3上的轴状千分尺，一直到其读数为0.51mm（20mils）。

（3）把探头装到TK3的探头夹持器里，调整在夹持器里的探头，直到数字万用表的指示为-3±0.10V DC。

（4）调整千分尺到0.20mm（8mil），然后再调回到0.25mm（20mils），以补偿千分尺的机械间隙，记录输出电压。

（5）用千分尺以0.25mm（10mil）为增量，递增间隙，每一次增大间隙后，都要记录其电压大小。

（6）对于每次的电压递增，从相应于较小间隙的电压减去相应于较大间隙的电压，然后除以0.25mm（10mils），这会导出系统增量的灵敏度（ISF）7.87±0.79v/mm（200±20mv/mil）。

（7）从2.28mm（90mil）处的电压，减去0.25mm（10mil）处的电压，然后除以2.03mm（80mil），这样就得到系统的平均灵敏度（ASF）7.87 ±0.43v/mm（200±11mv/mil）。

（8）如果系统的增量灵敏度（ISF）或者平均灵敏度（ASF），超差，需要重新校准。

注：电涡流传感器的平均比例系数的计算方法如下

平均比例系数（ASF）=间隙电压的变化/间隙的变化

=[-18VDC-（-2VDC）]/（0.09英寸-0.01英寸）

=200VDC/英寸=200mv/mil

相关的换算：1英寸=0.0254米=2540um

平均比例系数（ASF）=200/25.4=7.87mv/um

2.4.2 具体安装

在传感器经过单体静态校验合格后方可往机体上安装，轴振动，轴位移，键相传感器安装的具体步骤如下：

1）轴振动探头的安装

轴振动探头的安装一般采用电气测隙法，其安装调试步骤如下：

（1）先找到相应的前置器和延伸线，检查相互连接情况并送电（要注意前置器供电是-24V DC），用数字万用表直流电压档（20VDC）接到前置器信号输出和公共端子上。

（2）检查探头安装孔，丝扣应无损伤，无异物，将探头旋进相应的螺丝孔中，待旋进一定深度后，将探头和延伸线连接上，并注意观察万用表电压。

（3）继续旋探头，一直到数字万用表上直流电压读数合适为止。（探头特性曲线中点，一般取10V）注：传感器线性的中间位置是9.75V，这就是我们在安装探头时，要把探头装在输出电压是10V左右的道理。既要避开死区电压（3V以下）。又要使其工作在线性区。

（4）上紧背帽，固定紧探头，（此时再观察间隙电压值确信未变）连接好电缆接头，并做好绝缘包扎。

2）轴向位移探头的安装

轴位移探头一般也采用电气测隙法，但需要机械检修人员配合方能准确安装。

（1）在机组检修完成但尚未装联轴器时，由机修人员把轴撬到零位参考位置，（一端工作面）并提供轴窜量。

（2）按径向振动探头安装步骤和注意事项将探头安装到预定位置（指示窜量的一半）

9.8+1/2窜量×10×平均比例系数7.87=所需调整的电压

实例 安装轴位移探头时，已知设备人员打的串量为50道.现在轴打到远离探头安装点，轴位移探头基准电压为9.75V DC，试计算此时安装电压值？（保留两位小数）

因为1道=10um，1um对应7.87mV

所以此串量下电压V1=50/2×10×7.87×10^（-3）=1.97V

因轴在远端安装点

安装电压V=V1+9.75=11.72V DC

（3）由机械检修人员将轴接到两端的尽头，分别看监视仪所指示的上下行窜量是否和机械检修人员用千分表测得的窜量一致，若不一致，可以机械、仪表方面找原因。

（4）当监视仪指示和机械千分表测得的窜量一致，其误差在允许范围内时，参照轴振动探头所述 安装步骤固定好探头和延伸线。

3）键相探头的安装

当在轴上作一个标记，让探头前置器系统在轴转动时，每转感测产生一个脉冲信号，该信号即称键相信号，它在状态监测中作为转速计数信号，相角分折的参考点及计算机系统的采样控制信号。键向探头的安装方法和注意事项基本和轴振动振动探头一致，需要注意的是：键相槽开槽和探头安装孔时要对准；键相探头必须错开键相槽（由工艺人员配合盘车错开）安装，不得对准键相槽或对着键相槽的一部分安装。

3 结束语

在实际施工中，尤其是在试车阶段，由于工艺上可能存在一些问题或是工艺要求，要对离心式压缩机或汽轮机进行再次开盖。仪表安装人员必须要配合工艺安装人员对轴系仪表进行拆卸，等工艺施工完成后，再由工艺人员配合，按以上步骤重新安装。由于汽轮机，压缩机是工艺系统的核心部分，运行中不允许停车，所以在轴系仪表安装调试的过程中，必须认真，严谨。轴系的温度，位移，振动参数都是控制系统中重要的连锁点，一点发生故障就会造成整个系统的停车。

【参考文献】

[1]西安交通大学风机教研室，外编.离心式压缩机机构原理与计算[M].上海第三压缩机厂，1972.

[2]大连工学院，编.年产30万吨合成氨厂离心式压缩机[M].北京：化学工业出版社，1982.

[3]李燕.本特利3300汽机检测系统的调试与应用[J].广西电力技术，2001（4）.

[责任编辑：汤静]

2.4.1 安装前准备

首先在轴系仪表安装前要先对轴系传感器进行单体静态调试，由于轴系传感器的测量原理是相同的，在长度相近的情况下轴振动，轴位移及键相传感器可以互换使用，所以其单体静态校验是相同的。以本特利3300系列传感器校验为例，所用校验仪为本特利校验仪TK3-2E，本特利校验仪TK3-2E可校验美国本特利.内达华公司制造的8mm、11mm、14mm、25mm、涡流探头[3]。此仪器可以方便地在现场进行探头间隙调整。

具体操作步骤如下：

（1）连接校准设备。

（2）调整在TK3上的轴状千分尺，一直到其读数为0.51mm（20mils）。

（3）把探头装到TK3的探头夹持器里，调整在夹持器里的探头，直到数字万用表的指示为-3±0.10V DC。

（4）调整千分尺到0.20mm（8mil），然后再调回到0.25mm（20mils），以补偿千分尺的机械间隙，记录输出电压。

（5）用千分尺以0.25mm（10mil）为增量，递增间隙，每一次增大间隙后，都要记录其电压大小。

（6）对于每次的电压递增，从相应于较小间隙的电压减去相应于较大间隙的电压，然后除以0.25mm（10mils），这会导出系统增量的灵敏度（ISF）7.87±0.79v/mm（200±20mv/mil）。

（7）从2.28mm（90mil）处的电压，减去0.25mm（10mil）处的电压，然后除以2.03mm（80mil），这样就得到系统的平均灵敏度（ASF）7.87 ±0.43v/mm（200±11mv/mil）。

（8）如果系统的增量灵敏度（ISF）或者平均灵敏度（ASF），超差，需要重新校准。

注：电涡流传感器的平均比例系数的计算方法如下

平均比例系数（ASF）=间隙电压的变化/间隙的变化

=[-18VDC-（-2VDC）]/（0.09英寸-0.01英寸）

=200VDC/英寸=200mv/mil

相关的换算：1英寸=0.0254米=2540um

平均比例系数（ASF）=200/25.4=7.87mv/um

2.4.2 具体安装

在传感器经过单体静态校验合格后方可往机体上安装，轴振动，轴位移，键相传感器安装的具体步骤如下：

1）轴振动探头的安装

轴振动探头的安装一般采用电气测隙法，其安装调试步骤如下：

（1）先找到相应的前置器和延伸线，检查相互连接情况并送电（要注意前置器供电是-24V DC），用数字万用表直流电压档（20VDC）接到前置器信号输出和公共端子上。

（2）检查探头安装孔，丝扣应无损伤，无异物，将探头旋进相应的螺丝孔中，待旋进一定深度后，将探头和延伸线连接上，并注意观察万用表电压。

（3）继续旋探头，一直到数字万用表上直流电压读数合适为止。（探头特性曲线中点，一般取10V）注：传感器线性的中间位置是9.75V，这就是我们在安装探头时，要把探头装在输出电压是10V左右的道理。既要避开死区电压（3V以下）。又要使其工作在线性区。

（4）上紧背帽，固定紧探头，（此时再观察间隙电压值确信未变）连接好电缆接头，并做好绝缘包扎。

2）轴向位移探头的安装

轴位移探头一般也采用电气测隙法，但需要机械检修人员配合方能准确安装。

（1）在机组检修完成但尚未装联轴器时，由机修人员把轴撬到零位参考位置，（一端工作面）并提供轴窜量。

（2）按径向振动探头安装步骤和注意事项将探头安装到预定位置（指示窜量的一半）

9.8+1/2窜量×10×平均比例系数7.87=所需调整的电压

实例 安装轴位移探头时，已知设备人员打的串量为50道.现在轴打到远离探头安装点，轴位移探头基准电压为9.75V DC，试计算此时安装电压值？（保留两位小数）

因为1道=10um，1um对应7.87mV

所以此串量下电压V1=50/2×10×7.87×10^（-3）=1.97V

因轴在远端安装点

安装电压V=V1+9.75=11.72V DC

（3）由机械检修人员将轴接到两端的尽头，分别看监视仪所指示的上下行窜量是否和机械检修人员用千分表测得的窜量一致，若不一致，可以机械、仪表方面找原因。

（4）当监视仪指示和机械千分表测得的窜量一致，其误差在允许范围内时，参照轴振动探头所述 安装步骤固定好探头和延伸线。

3）键相探头的安装

当在轴上作一个标记，让探头前置器系统在轴转动时，每转感测产生一个脉冲信号，该信号即称键相信号，它在状态监测中作为转速计数信号，相角分折的参考点及计算机系统的采样控制信号。键向探头的安装方法和注意事项基本和轴振动振动探头一致，需要注意的是：键相槽开槽和探头安装孔时要对准；键相探头必须错开键相槽（由工艺人员配合盘车错开）安装，不得对准键相槽或对着键相槽的一部分安装。

3 结束语

在实际施工中，尤其是在试车阶段，由于工艺上可能存在一些问题或是工艺要求，要对离心式压缩机或汽轮机进行再次开盖。仪表安装人员必须要配合工艺安装人员对轴系仪表进行拆卸，等工艺施工完成后，再由工艺人员配合，按以上步骤重新安装。由于汽轮机，压缩机是工艺系统的核心部分，运行中不允许停车，所以在轴系仪表安装调试的过程中，必须认真，严谨。轴系的温度，位移，振动参数都是控制系统中重要的连锁点，一点发生故障就会造成整个系统的停车。

【参考文献】

[1]西安交通大学风机教研室，外编.离心式压缩机机构原理与计算[M].上海第三压缩机厂，1972.

[2]大连工学院，编.年产30万吨合成氨厂离心式压缩机[M].北京：化学工业出版社，1982.

[3]李燕.本特利3300汽机检测系统的调试与应用[J].广西电力技术，2001（4）.

[责任编辑：汤静]