氢气压缩机振动原因及解决措施

魏旭

(山东省鲁泰化学有限公司，山东 济宁 272100)

山东鲁泰化学有限公司(以下简称“鲁泰化学”)于2005年建成并投产运行，2011年经扩建后烧碱生产能力达到36万t/a。氢气压缩机是氯碱生产中的关键设备，其稳定运行对于保障安全生产至关重要。

1 氢气压缩机工作原理

鲁泰化学氢气输送采用的是水环式真空压缩机，属容积式泵，即利用容积大小的改变达到吸、排的目的。叶轮偏心地装在泵体内。泵启动前，向泵内注入少量的水，当叶轮旋转时，水受离心力的作用在泵体壁上形成一旋转水环，水环上部内表面与轮毂相切进行旋转。在前半转的过程中，水环内表面逐渐与轮毂脱离，在叶轮叶片间形成空间并逐渐扩大，这样就在吸气口吸入氢气；在后半转的过程中，水环的内表面渐渐与轮毂靠近，叶片间的空间容积随着缩小，排出氢气。叶片间的空间容积改变一次，每个叶片间的水像活塞一样往复一次，泵就连续不断地抽吸气体。

2 运行中出现的问题

鲁泰化学共有5台该型号氢气压缩机，采用开4备1的方式运行。其中运行的4台中有3台单机回流阀采用自动控制，1台手动控制，以确保机前氢气总管的压力平稳。运行过程中由于机组振动大，陆续出现减速机温度升高、联轴器柱销磨损、减速机断轴等异常情况，给安全生产带来了极大的危害。针对上述问题，鲁泰化学采取了如下措施：在机组进、出口安装软连接以减少管道带来的共振；每4 h测量1次振动值，当振动值大于7 mm/s时就切换机组，重新调整联轴器对中后备用；由柱销式连接改为蛇簧式，等等。以上措施都没有从根本上解决机组振动大的问题。后经研究发现，机组减速机存在功率偏小、输出轴偏细的问题，决定对其进行改造。

3 氢气压缩机减速机的改造

原氢气压缩机减速机技术参数如下：型号H1SH05,电动机功率220 kW,电动机转速1 485 r/min，输出转速465.5 r/min，减速机转速比3.19，被驱动机为真空泵。

考虑到现场安装的特殊性，应尽量减少改造工作量，同时保证齿轮箱正常运行，拟对减速机进行非标设计及制造，并进行安装。

(1)减速机设计技术参数(电动机功率、电动机转速、输出转速、减速机转速比)与原H1SH05相同。

(2)由于原动机为电动机，被驱动机为化工行业真空泵，服务系数≥2(齿轮箱承载功率/原动机工作功率)，重要场所应≥2.5。设计的减速机保证服务系数≥2.5。

(3)减速机原轴承采用圆锥滚子，对轴承的轴向游隙控制较为严格。拟更换为更加适合高速、单极齿轮传动的结构。

(4)工作机与齿轮箱无需移动或较小幅度移动，即齿轮箱的中心高和底脚孔位置无需变动，电动机向远离工作机的一侧移动40 mm。减速机的长度和宽度需要增加。

(5)考虑改造成本，原蛇簧联轴器经校核扭矩满足要求，仍可以采用，在不改变现有联轴器规格和性能的前提下，通过开孔实现与改造后减速机的匹配。

减速机更换前后承载能力对比如表1所示。

表1 改造前后减速机各项参数对比

4 运行效果

新减速机运行数据如图1～图6所示。

图1 减速机振动监测数据(输入轴水平方向)

图2 减速机振动监测数据(输出轴水平方向)

图3 减速机振动监测数据(油位窗左上位置)

图4 减速机振动监测数据(油位窗左下位置)

图5 减速机振动监测数据(油位窗右上位置)

图6 减速机振动监测数据(油位窗右下位置)

由图1～图6可见：减速机振动值较改造前大幅度降低(改造前振动平均值在5 mm/s左右)。从空载试运行到带负荷运行500 h后停机检查，用千分表找正，与初始安装时相差不大，减速机运转平稳，保证了氢气压缩机组的安全运行。

下一步，鲁泰化学将对现有落后的水循环式压缩机组进行改造，进一步提升氢气压缩装置的运行稳定性。