离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防

吕文浩 鲁 悦 刘云龙

（沈阳鼓风机集团安装检修配件有限公司，辽宁 沈阳110000）

离心式空压机在运行过程中会出现各种各样的问题、其中空压机组发生一种低频高振的压力脉冲情况，声音类似大幅度的喘气，这种现象就叫做“喘振”。发生喘振时机组噪音较大，设备会出现强烈振动，操作波动大。压缩机对每个转速点都有着一定流量要求，如果低于标准，工况平衡性削弱这时出现的节点就称为喘振点。随着我国社会经济水平的稳定提升，生产工业在新时期背景中也得到了良好发展空间，目前离心式空压机应用范围较大，但容易出现喘振现象，本文将从离心式空压机喘振概述出发，结合其发生原因分析固定极限流量控制、动态极限流量控制以及多种预防措施的应用效果，为行业发展提供理论支持。

1 离心式空压机发生喘振现象概述

离心式空压机组自身具有排气效果好、排气量高、结构组装成熟化、检维修方便等优点，能够在气体不受油污染情况下正常运作，保证工况的稳定性与可靠性，并且压缩的气流无脉动等多种优势，当前此类设备已经开始在社会各行各业中得到了大量投放使用，例如：石油化工、冶金动力等等。另外空分厂是很多类型企业工厂运作时各生产部门必须具备的基础站点，因此空分厂当中的离心式空压机需要保证自身运行效果良好，实现其安全、稳定、可靠运作对整个工厂的生产效率均起到非常重要的作用，特别是对于其中一些工艺要求较高的部门例如：炼铁、炼金、轧钢等等，这种大型的离心式空压机已经不仅仅是作为单一的提供压缩空气的能源介质，更是整个工厂能够实现稳定生产的根本保障。但是从实际应用过程中不难发现，这种离心式空压机对周边气体产生的压力、排放流量、实时温度的变化均比较敏感，如果操作不当，就很容易出现喘振，技术人员发现特别是在压缩空气的使用量波动较大时，空压机会发生更加明显且频繁的喘振现象。

1.1 离心式空气压缩机的工作原理

离心式空压机属于速度式压缩机，其工作原理是由电动机带动压缩机各级叶轮做高速旋转，把从轴向进入叶轮的气体高速甩出。气体被甩到流通面积逐渐扩大的扩压器之后，流速下降，压力升高，然后在进入下一级叶轮继续升压，最后由排气口排出。

1.2 离心式空气压缩机的基本结构

离心空压机主要由转子和定子两大部分组成。转子包括叶轮和轴，叶轮由叶片、平衡盘和轴封等零部件组成。定子的主体是机壳，定子由扩压器、弯道、回流器、迸气管、排气管及部分轴封等零部件组成。离心式空压机按结构可大致分为水平剖分型、筒型、等温型，其中水平剖分型在铝电解行业应用较为广泛。

2 离心式空气压缩机运行中的常见故障及原因分析

2.1 振动值较大

造成离心式空压机振动值较大的原因主要有以下几种：

（1）地脚螺栓松动；

（2）压缩机和主电机找正精度达不到技术规范要求；

（3）振动探头失灵或振动检测系统的导线联接器松动；

（4）弹性联轴器磨损或损坏；

（5）压缩机转子的动平衡精度达不到使用要求；

（6）轴承磨损或损坏；

（7）齿轮或者叶轮等内部零部件受损；

（8）轴承油压较低；

（9）空压机发生连续喘振。

2.2 中间冷却器、后冷却器排气温度较高

造成中间、后冷却器排气温度过高的原因主要有以下几种：

（1）油冷却器给水量不足；

（2）给水温度较高；

（3）冷却器管道被异物堵塞；

（4）温度传感器失灵。

2.3 喘振

喘振现象不仅与压缩机旋转分离严重有关，而且与管网系统也有密切关系。随着网络容量的增大，喘振的幅度增大，频率降低，反之亦然。如图1 所示，当管网性能曲线在1，2，3 之间时，当管网性能曲线移动到4 所示位置时，与压缩机性能曲线相交于s 点，且s 点进入喘振界，则整个系统发生喘振。

2.4 排气压力不足

造成排气压力不足的原因主要有以下几种：

（1）系统耗风量超过压缩机容量；

（2）放空阀失灵；

（3）进口导叶或执行器失灵；

（4）压力传感器失灵。

2.5 润滑油压力不达标

造成润滑油压力不达标的原因主要有以下几种：

（1）油泵损坏；

（2）油压调节阀设定较低；

（3）油压调节阀失灵；

（4）润滑油管路连接和组件泄露；

（5）储油器中油面较低；

（6）润滑油温度超过50℃；

（7）润滑油管路损坏；

（8）压力传感器损坏。

2.6 振动传感器电压差值小

造成振动传感器电压差值小的原因主要有以下几种：

（1）校正不合适；

（2）振动监视器的联接器松动；

（3）振动探头失灵；

（4）转换器失灵。

3 离心式空气压缩机常见故障处理方法

3.1 振动值较大处理方法

在实际使用过程当中，造成离心式空压机振动值较大的原因较多，因此要根据故障现象进行具体分析。首先要检查地脚螺栓是否松动，联轴器是否磨损或者损坏，油压是否合适，振动传感探头是否失灵和探头检测系统的导线连接器是否松动，空压机是否发生了连续喘振等，如有异常需处理；如压缩机和主电机找正精度达不到技术规范要求，必须重新调整联轴器的同心度；如润滑油变质或者油内含有杂质，可能导致轴承产生非正常磨损或损坏，应引起重视，如发现轴瓦受损，必须及时修复或者更换；如齿轮或者叶轮等内部旋转零部件受损，必须停机更换。特别指出的是，转子的动平衡精度对设备振动值的影响很大，如压缩机转子的动平衡精度不高，必定会影响到设备的安全平稳运行，即使设备投运初期的振动值在正常值范围之内，但经过一段时间的运行之后，转子动平衡精度不高的弊端便会逐渐凸显出来。以某公司的1#离心式空气压缩机为例，在设备调试阶段，该空压机的一级轴承振动值为18mm/s，比其它部位的振动值高2-3mm/s，但属于正常范围，运行四个月之后，该部位的振动值逐渐上升到28mm/s，六个月后，振动值进一步上升，偶尔超过报警值，厂家技术员到达现场检查了压缩机轴承、齿轮等零部件，发现并无异常，经分析认定，转子动平衡精度不高才是引起振动值偏高的主要原因，最终决定将转子返厂做了动平衡校正，回装后设备运行正常。因此，一旦判断设备的异常振动是由于转子动平衡精度达不到使用要求而引起的，即使设备运行时振动值没有达到报警值，也必须尽快将转子返厂做动平衡校正，这样才能保证设备长期安全平稳运行。

3.2 中间冷却器、后冷却器排气温度较高处理方法

首先要根据实际情况，分析原因，对症下药，通常采取增加给水量、降低给水温度、清洁冷却器内部杂物、更换温度传感器等方法进行处理。

3.3 连续喘振处理方法

喘振是离心式空压机在某一工况下产生的特有现象，对空压机的安全运行影响较大。造成空压机发生连续喘振的因素较多，应具体问题具体分析。根据不同的情况可分别采用清洁或更换过滤器元件、调整进口温度（如果第一级进口温度较高，就采取较低的排气量）、增加中间冷却器的给水量(如果中间冷却器中给水温度较高）、采用较低的给水温度、低于设计值的排气压力等办法进行处理；如止回阀、叶轮、扩压器、蜗壳进口积污，会导致压缩机性能下降，需及时清理；如止回阀、进口导叶或执行器损坏，需修理或更换。

3.4 排气压力不上升处理方法

根据不同故障原因，分别采取减少耗风量、修理或更换排气阀、修理或更换进口导叶或者驱动器以及更换压力传感器等方法进行处理。

3.5 润滑油压力不上升处理方法

根据造成润滑油压力不上升的不同原因，对润滑油泵、管道及阀门进行检查，及时修复或者更换损坏的零部件，如有管道和阀门组件接头泄露应及时紧固。

3.6 振动传感器电压差值小处理方法

如出现振动传感器电压差值小现象，应按照“振动探头的间隙调整法”对振动探头重新进行调整，并重新加固连接器，如探头或转换器损坏，必须更换。

4 结论

离心式空气压缩机在电解铝生产过程中起着至关重要的作用，在运行过程当中，因设备故障处理不当而影响生产的事件时有发生。因此，设备管理人员应该重视离心式空气压缩机的管理，有针对性地开展技能培训，对离心式空气压缩机的故障进行深入分析，使检修人员熟练掌握设备结构、原理、故障分析和处理方法等知识，才能确保设备的检修效率和质量，同时，要抓好预防性维护维修工作，要求操作人员按章操作，定期开展计划点检和计划检修，及时消除设备隐患，才能保证离心式空气压缩机安全、平稳、高效运行。