离心式压缩机常见故障分析

当斌　王志　赵刚　曹令臣

摘  要： 离心式压缩机是一种由电动机直接控制的垂直吸收式单级压缩机，其作用是增加循环气体压力，以维持反应器的通量;其介质主要由氮、 氢、乙烯、而且在介质中还有一定量的固态聚乙烯粉末，所以要求内壳、叶轮等接触介质的所有部件不易黏结树脂，影响压缩机性能，导致压缩机故障; 为了防止这些气体沿着旋转轴轴向泄漏至大气，必须使用不同的轴密封以确保机器的稳定功能;减少能源和材料损失以防止污染，并保障设备安全。

关键词： 离心式压缩机;故障分析

1 离心压缩机的工作原理

介质气在通过高速旋转的叶轮时，在离心力的作用下，一方面压力得 到提升，另一方面速度也得到极大增加，原动机的机械能转变成气体的静 压能和动能;此后，气体流经扩压器通道时流道截流面积逐渐增大，前面 气体流速降低，后面的气体又不断涌向前，使气体的动能进一步转换成静 压能，达到最终的增压目的。

2 离心压缩机的重要性

离心压缩机的叶轮与主轴之间的配合型式通常有带键和不带键两种 型式，均为过盈配合，带键的过盈值会较小，不带键的过盈值会较大;在 轴向方向上，叶轮与轴套之间都会考虑热涨冷缩而预留一定的间隙值;当 压缩机高速旋转时，温度会升高，叶轮离心力会增大，叶轮与主轴间的过 盈值会因为叶轮的膨胀而变小，还会因叶轮做功时会产生一定扭矩，如此 时过盈不足，叶轮与主轴就会发生相对滑动，造成叶轮不平衡且位置发生 改变，使压缩机轴系振动增大，甚至损坏压缩机;当过盈值严重不足时，  带键配合型式的叶轮与主轴可能不会发生相对转动，但会产生叶轮的偏摆 现象;叶轮偏摆会引起回转效应，当偏摆角方向不变时，产生回转力矩方 向也是固定不变的，对压缩机的振动不会产生影响，正如转子正常挠曲变 形时叶轮产生的偏摆，此时偏摆方向是不变的;但当叶轮因过盈严重不足 时，产生的偏摆角方向是近似呈周期性改变的，产生的回转力矩方向也是 周期性改变的，转子就会因该周期性改变的力矩发生振动。

3 离心压缩机的常见故障

（ 1 ）油膜振荡。油膜振荡是高速滑动轴承的一种特有故障，它是由油 膜力产生的自激振动;转子发生油膜振荡时输人的能量很大，引起转子轴 承系统零部件的损坏甚至整个机组的毁坏，其防治措施主要有以下几种：  避开油膜共振区：使压缩机工作转速避免在一阶临界转速的两倍附近运 转;增加轴承比压即增加轴瓦工作面上单位面积所承受的载荷;增加比压 就等于增加轴颈的偏心率，提高油膜的稳定性;减少轴承间隙：轴承间隙 减小，侧可提高发生油膜振荡的转速;控制适当的轴瓦预负荷预负荷为正 值，就是轴瓦内表面上的曲率半径大于轴承内圆半径等于起到增大偏心距 的作用;选用抗振好的轴承：圆柱轴承抗抗性最差，其次是椭圆轴承最好 的是三油楔和四油楔轴承;调整油温：升高油温减小油的粘度，可以增加 轴颈在轴承的偏心率有利于轴颈稳定。

（ 2 ）转子不平衡。旋转机械的转子由于受到材料质量和加工技术等 各方面的影响，转子上的质量分布对中心线不可能绝对地轴对称，转子质 量中心与旋转中心线之间总是有偏心距存在;我们把旋转质量沿旋转中心 线的不均匀分布称为不平衡;它又分为：①固有不平衡。即使制造过程中 各转子已做了动平衡，但在连接起来的转子系统中还是不可避免地出现某 些固有不平衡;这种不平衡将引起稳定的每转一次的转速频率振动其幅值 不随时间而变只是随某一给定转速下操作条件（温度压力、负荷等）的变 化，这种固有的不平衡最有效的防治方法就是改善转子的平衡条件来降低 激振力;②转子的飞缺。离心压缩机转子飞缺最常见的是转子结疤大量不 均匀脱落，使转子产生阶越式不平衡变化;在修理时单独测振幅不能确定 区缺的发生，因此还必须同时测向位[1]。

（3 ）喘振故障。离心式压缩机在工作中经常发生喘振;喘振也被称呼   为“飞动”，该现象的产生主要由于压缩机机组入口流量低于某一值（喘   振流量），从而使压缩机机组的管网压力高于压缩机出口压力，导致气体   倒流回机组，由于反复的气体脉动影响，使压缩机出现了“呼哧、呼哧” 的声音，伴随着机组振动值上升;喘振是离心式运行中非常常见也非常严

重的一个问题，喘振是由于压缩机旋转失速进一步发展所导致的;压缩机 运行过程中，伴随其负荷的降低，进气流量趋于设计的边界时，被压缩的 气体会脱离叶轮或扩压器的流道表面，带来显著的冲击损失;这样不但会 导致压缩机组的运行效率出现下降，同时也会使压缩机组的出口气体压力 发生下降，导致管网中的气流在压力差作用下发生回流，最终导致压缩机 及管道的剧烈振动;管网系统本身的容积会对压缩机喘振频率及振幅产生 相应的影响，如容积愈大那么内部气体积蓄的能量也就会愈高，可产生的 振幅也就愈大，这种情况下，喘振频率会发生下降。

（ 4 ）进气温度高。进气温度高可造成压缩机喘振流量增加而导致喘 振，喘振的发生会引起供气参数变化幅度增加而对工艺系统稳定性带来负 面影响，除此以外可引起噪声、压缩机轴变形、加快轴颈及轴承磨损、对 压缩机轴封及级间密封造成损坏而降低压缩机效率、对连接压缩机的其他 设备运行带来负面影响等。

4 故障排除措施

（ 1 ）轴承温度高的处理措施。轴承温度高的原因较多，包括润滑油 的问题如进油温度高、润滑油存在杂质、润滑油量不足、润滑油中含有水 等;处理这一问题时要对轴承使用磨损情况进行检查，当发现油楔卸油槽 被堵塞时要扩大卸油槽被以确保卸油效果;对轴承的配合间隙进行检查，  当发现轴承间隙过小而引起油膜形成效果差，轴承磨损引起卸油槽缩小、 堵塞而引起轴承温度升高时要及时调整轴承间隙，更换轴承;对高速轴负 荷段轴承进油节流孔进行检查，压缩空气吹扫检查节流孔，核算节流孔的 孔径，确保进油量可满足要求。

（ 2 ）针对油膜震荡的处理措施。为消除油膜震荡的影响，  需选用具有 良好抗振性能的轴承;对轴承瓦工作面上单位面积承受载荷进行调整，提 高轴颈偏心率;对油温进行调整，减少油的粘度，从而增加轴颈在轴承上 的偏心率，为轴颈稳定运行提供保障;控制轴承顶隙及侧隙。

（3 ）旋转失速、喘振的处理措施。根据频谱成分可判断旋转失速，针 对叶轮存在的旋转失速，可对导叶的开度进行调整从而增加进气量;针对 机组轴系旋转分离、不平衡而引起的喘振停车，可停车后高速动平衡压缩 机转子，动平衡增速机高速齿轮轴，使其平衡状态恢复正常，从而消除由 于不平衡引起的高振。

（4 ）针对电动机过载的处理方法。针对转子动平衡问题引起振动较大 而导致的电动机过载，需要对转子动平衡进行校正;针对冷却器气侧排水 不长引起蜗壳进入油、水导致负荷大而对叶轮造成损害，需要对气侧排水 管道进行定期检查及疏通;针对功率表不匹配变压器及电流互感器、电流 表与功率表存在过大误差的问题，需更换合适的功率表;针对压缩机吸入 气体压力过高、温度过高的问题，需对冷却水的压力进行检查，检查是否 存在冷却器堵塞;针对排气压力低、流量大的问题，可对出口阀门进行调 整，增加出口阻力从而让排气压力得到提高，让流量降低[2]。

5 结语

为使压缩机能长期平稳可靠运行，在日常维护使用过程中应严格按照 设备监测数据调整合适的运行方式，对设备进行定期的维护保养，及时找 出引起设备不良的故障原因加以分析排查，觀察问题的细节，不可蛮干，  以保证压缩机的高效和使用寿命。

参考文献：

[1]刘欢.离心式压缩机电机振动问题研究[J].制冷与空调，2020，20（6）：27-29.

[2]李永强.离心压缩机振动故障的分析和处理[J].化工管理，2019（8）：141-142.