离心式压缩机故障诊断分析及处理措施方法研究

乔侽 丛涵松 陈云伟

摘  要：离心式压缩机是在我国当前的工业系统中使用最为频繁和广泛的一种机器，特别是石油、石化、冶金、电力等过程工业。由于设备投资大，生产过程复杂，机械装备故障停机会造成重大经济损失，甚至机毁人亡的重大事故，文章通过研究离心式压缩机常出现的故障，并针对故障提出相对应的解决措施及办法。

关键词：离心式压缩机;故障诊断;处理措施

中图分类号：TM643        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）16-0120-02

Abstract： Centrifugal compressor in our country's current industrial system is the most frequently and widely used in a machine， especially the petroleum， petrochemical， metallurgy， electric power and other process industries. Due to the large investment in equipment and the complication of the production process， mechanical parking by reason of equipment malfunction can cause great economic losses， even major accident. This paper studies the frequent fault of the centrifugal compressor and puts forward corresponding measures and solutions todeal with the fault.

Keywords： centrifugal compressor; fault diagnosis; treatment method

前言

故障机器通常指发生损坏或无法执行预期任务的机器，其中，意外停机通常是损伤长期累积的结果。在实际情况下，即使问题已经很明显或正在加剧，大多数机器仍会继续运转并有效的完成任务。由于機器本身及其损失的产品成本太高，因此不能等到机器意外停车后再去考虑是否出现故障，故需要通过日常的检测监测机器振动特性来防止机器意外停机。

1 常见的故障种类

故障诊断依靠的是对关键信号特性变化的检测，包括振动振幅、相位、频谱、轨迹等。绝大部分故障都表现出类似的振动特征，根据某一种单一迹象很难做出准确的判断，而且机器一旦发生故障通常是由多种因素同时造成的。所以，需要故障诊断人员系统地对机器所有运转状态下的数据进行识别、分析，包括：机组起车、升速、工作转速下、跳闸转速下、降速及停车等各个阶段。

1.1 转子不平衡

不平衡是转子最常见的系统故障，引起转子不平衡的原因有很多：如转子的结构设计不合理、机械加工质量误差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差、运行中联轴器相对位置改变、转子部件缺损（如运行中由于腐蚀、磨损、介质不均匀结垢、脱落）、转子受疲劳应力作用造成转子零部件（如叶轮、叶片、平衡盘等）局部损坏、脱落、产生碎片飞出等。以上故障均会造成转子质心发生偏移，这种质心偏移造成转子振动。由动力学原理可知转子旋转时产生离心力，其大小和质量、偏心距及转速的平方成正比。离心力作用在转子的两个轴承上，方向与偏心距同步改变。转子受变力作用从而产生振动，这就是不平衡量产生的直接原因。但在现实生产过程中，绝对平衡的转子是不存在的。不超过不平衡量允许值的转子即认定为合格的转子。

振动特征：不平衡振动频谱主要显示主频为工频，振动的时域波形为正弦波，转子轴心轨迹为椭圆，进动特征为同步正进动。转子振幅随转子转速升降而增减，此反应明显，是判断转子不平衡故障的重要依据。

1.2 转子轴系不对中

机组通常由多个转子组成，其中包括原动机转子及压缩机转子，各转子之间通过联轴器连接组成轴系，来传递扭矩及动力。由于装配误差、机组工作运转下热膨胀、承载荷后变形以及机组基础累积沉降等原因，会造成机组轴系不对中。当机组产生轴系不对中时，就会产生附加弯矩，给轴承增加附加载荷，从而对转子产生附加激励，通过一系列反映引起机组振幅超差，严重时会造成机组轴承或联轴器损坏、机组地脚螺栓断裂扭弯、轴承油膜失稳、转子弯曲、转定子间刮碰摩擦等。轴系不对中一般可分为平行不对中、角度不对中以及综合不对中。在实际生产中通常为综合不对中。

振动特征：由不对中引起的振动故障的特征频率显示为1倍频、2倍频及多倍频的等距分布，其中二倍频振幅较大，为特征频率。振动的时域波形为叠加波形，转子的轴心轨迹为8字形，进动方向为同步正进动。对载荷变化敏感，振动随载荷增加而增大，对润滑油温、介质温度变化敏感，在联轴器侧的轴承处振幅较大。

1.3 转子弯曲

转子弯曲包括弓形弯曲和临时性弯曲两种故障。转子弓形弯曲是永久性弯曲。产生转子弯曲的原因包括：转子长期存放不盘车、机组热状态下停车但未及时盘车、转子受外力冲击、转定子件之间抱紧摩擦以及转子长期运转后自然弯曲加大等。

振动特征：转子弯曲的特征频率显示为1倍频，并伴随有低能量2倍频。振动的时域波形为正旋波，转子轴心轨迹为椭圆，进动方向为正进动。振动随转速的升降而增减。但与转子不平衡反映不同的是：转子弯曲的机组起车振动就大，而且当转速下降时，振幅不会马上跟着下降，而是有一定的时间滞后。同时转子弯曲的机组在停机过临界时和在起车过临界时的相位值不同，没有重复性。

上述三种故障振动特征见表1，图1。

2 具体措施

2.1 转子不平衡方面

（1）旋转机器转子要定期检修，保证介质清洁，防止结垢和腐蚀。

（2）对于业主现场介质带液易造成腐蚀，或介质脏，易造成结痂的转子要定期除垢，进行修复。

（3）由于安装问题转子上零部件安装错误、或安装松动、零件漏装的，按要求对位安装转子上的零部件，消除转子上松动的部件。

（4）解决转子不平衡最核心最有效的方法是按技术要求对转子进行动平衡。消除超差的转子不平衡量，从而预防转子由于长时间运转造成的疲劳损坏。

2.2 转子不对中方面

（1）对转子冷态对中时，应考虑到热态不对中的变化量。包括热膨胀量、介质压力对机组的影响。

（2）按技术要求调整轴系转子对中量，重新对中。

（3）机组灌浆损坏、基座沉降不均匀导致机组移位，基座底板锈蚀、损坏，检查调整基础沉降。

2.3 转子弯曲方面

（1）对于长期存放转子要定期盘转转子一定角度（通常为180°）。

（2）大型机组停车后要定时定角度盘车，持续、连续盘车至机组冷却至室温才可静置转子。

（3）直轴，是对转子弓形弯曲的校直。

（4）按技术要求对转子进行动平衡。

3 结束语

机械装备故障诊断终极目的是有效防治故障，确保机器健康。其一是除故障：探测原因，有的放矢，消除故障;其二是防发展：早期预警，防微杜渐，预防故障;其三是防发生：查明根源，根治维修，防止故障。因此，要确保离心式压缩机能够安全、平稳、高效的运行这就需要制定详细的维护计划，同时还需不断更新学习先进的科学技术和经验，对设备优化管理，方能提高离心式压缩机的使用寿命，充分发挥设备的积极作用和意义。

参考文献：

[1]杨国安.旋转机械故障诊断实用技术[M].北京：中国石化出版社，2012.

[2]张碧波.设备状态监测与故障诊断[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]本特利.旋转机械诊断技术[M].北京：机械工业出版社，2014.