5CⅡ-C250MX3空压机振动故障分析及处理

牛文合

（独山子石化公司设备检修公司，新疆 独山子 833699）

1 机组简介

1#、2#两台空压机为某石化厂保障全厂用气关键机组，型号为5CⅡ C250MX3，流量40000Nm3/hr，进气压力0.82bar，出口压力6.1bar，电流440A，功率3858kW。为齿轮式多轴压缩机，由电动机通过联轴器直接驱动增速机的大斜齿轮，三根单齿轮轴、单叶轮形式的转子呈正三角形分布在增速机的主动齿轮圆周面上，经增速后一级转子可达到12000r/min。一级水平轴、垂直轴振动报警值为33μm，联锁值为38μm。

2 故障现象

2006年10月安装完毕交付使用后，1#、2#空压机一级振动值为21～24μm。在以后的间歇断续运行当中，先后出现由于电网、管网异常波动，定位器故障、仪表不正常等问题，造成空压机非计划停机，振动值逐步上升。2#空压机从2008年10月份连续运行3个月，一级振动值就从22μm上升到35μm。

（1） 2#空压机在2007年9月29日，实际运行了不到2个月，由于电网晃电，一级振动值波动，水平轴、垂直轴方向最大振动值为44μm和39μm，机组连锁跳车。再次开机后，水平方向振动值为32～35μm。通过状态监测分析，转子动平衡受到破坏。

（2）1#空压机组自从2007年4月～2008年7月间歇断续运行，累计运行约10个月。通过状态监测发现，一级转子垂直方向振动值为25μm；三级转子振动值由15.74μm逐步上升至25.2μm，超过报警值(25μm)，判断转子动平衡也受到破坏。

（3）两台空压机解体检修发现机组对中良好，两端径向轴承以及推力轴承良好，叶轮锁紧螺栓未发生松动。一级叶轮与扩压器之间间隙合适，叶轮表面积碳严重。

3 原因分析

3.1 转子动平衡破坏

（1）虽然空压机从交付使用开始，实际运行时间几个月，但一级转子叶轮受到频繁的开停机、多次非计划停机、介质冲击载荷影响，转子在高温下发生了微观的变化，叶轮微小松动，导致动平衡受到破坏，引起转子组件振动值上升。

（2）入口过滤器为国产空气过滤器，未能较好的过滤介质，长时间高温下使叶轮积碳，并且分布不均匀，在叶轮高速运转时，会产生非常大的离心力，导致振动加大，而在此过程中，由于振动的原因会造成积碳的局部脱落，也有使叶轮的不平衡量加大的可能。

3.2 入口碟阀安装位置错误

2#空压机，2008年10月9日凌晨3：11，振动值突然增大，水平X值最大43.8μm，垂直Y值最大38.6μm，维持了3秒，机组未停车（联锁延时6秒），工艺参数均正常。随后，一级振动值X轴上升到27～29μm、Y轴上升到25～27μm运行。2#空压机一级振动值报警次数日渐增加，且有上升趋势。

1#空压机，2009年1月8日凌晨3：27，再次运行突然异常，一级振动值回零30秒，随后，X轴上升到33μm、Y轴上升到30μm运行。

针对两台空压机振动值保持报警状态，逐一排除工艺、仪表、检修、电网等因素影响后，经过转子动平衡、轴颈修磨、更换转子等工作，转子振动值有所下降，但大都在20μm以上且不能保持。进一步分析中发现入口碟阀安装位置有问题，距离叶轮进口仅有1.2米，由于冬季、夏季空气密度不同，碟阀开度为冬季46～48%，夏季56～58%。气体经过入口碟阀后，形成紊流气体冲击叶轮，是造成一级振动值大的主要原因。

4 处理措施

4.1 1#空压机修磨转子，更换转子

旧叶轮的连接传动方式为三角形花键圆柱体，装配时有间隙：新叶轮的联接传动方式为三角形花键圆锥体，配合较紧密，不会发生微小松动，效果更好。

更换新转子后试车，一级转子水平振动值为17～19μm，垂直振动值为16～18μm。

4.2 空压机入口碟阀移位

（1）确定蝶阀与叶轮进口处的距离。按照蝶阀开度位置最大计算，蝶阀位置变径后的总能量损失为局部损失和沿程损失的总和，渐缩圆管的局部损失计算如下：

D1为蝶阀前管线大径¢1200mm，D2为蝶阀直径¢600mm。

将各个参数代入（1）计算hj＝4.684。

所以计算表明蝶阀与叶轮进口处的距离为≥4.68m。

经过蝶阀阻流作用后，气体运动状态为不稳定的紊流状态，在工程中初始的紊流状态对于机器的振动影响很大，容易造成气流不稳定的撞击叶轮形成较大的振动。

（2）根据计算结果，蝶阀与叶轮进口处的距离应为4.68m以上。显然，目前一级叶轮正处于紊流区内，受到较大冲击产生振动。结合现场实际情况，决定蝶阀前移3.8米，加上原来离叶轮进口的1.2米，蝶阀实际与叶轮进口相距5米，可使叶轮避开气体运动的紊流冲击。

5 效果

2009年2月16日，对2#空压机入口阀移位。入口阀吊卸下来后，发现在入口阀后面连接的膨胀节衬里下部出现焊口开裂、缺口。解体发现，一级叶轮叶片有碰撞、磨损痕迹。证实“紊流气体使一级叶轮受到局部较大的冲击，造成转子振动大”是2009年1月8日凌晨一级振动值突然异常的真正原因。在一、二级转子转动平衡后，2009年3月5日试车，一级振动值为12～14μm，大幅下降，效果非常明显。

根据2#空压机的故障分析，2009年3月18日，对1#空压机入口阀移位。同样，发现在入口阀后面连接的膨胀节衬里下部出现焊口开裂。检修后，一级振动值均为11～12μm，效果更为明显。通过蝶阀移位后1#、2#空压机振动值下降约10μm。

6 结语

两台空压机，两年当中由于安装原因，气体经过入口碟阀后，形成紊流冲击叶轮，另外，叶轮表面积碳严重、叶轮产生微小松动等，这些因素综合作用，使一级叶轮受力不均匀，动平衡破坏，振动值较高并逐步上升。通过收集数据、资料，积累经验，综合分析，并采取有效措施，使空压机一级振动大的故障得到了彻底解决。

[1]离心式压缩机随机资料.

[2]莫乃榕.工程流体力学[M].华中科技大学出版社.

[3]孔珑.流体力学[M].高等教育出版社.