空压机大修后轴振动异常跳车的原因与处理措施

许敏，张砷钇，王利聪

（河南龙宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

空压机组是空分装置中最为重要、精密的动设备，是空分装置平稳生产的关键。如何保障空压机组的高效、正常运行，不仅仅要靠日常的工艺操作、设备点巡检、日常的维护保养等，更要根据压缩机组的实际运行状况和条件，参照前次检修时的设备状况和机组的使用技术要求，对压缩机组进行按时按计划的解体大修工作，做到点检定修、按计划检修，从而才能及时发现压缩机组的运行缺陷，预防压缩机组故障的产生，保障压缩机组的正常运行[1]。但在空分装置中，空压机组多采用进口设备或进口零部件，精密程度高、检修程度大、技术要求高，在例行大修中稍有不慎便会导致压缩机组试车失败频繁返工，造成装置无法正常运行影响经济效益的现象，为此，如何保证压缩机组的大修质量亦是压缩机组检修的重中之重[2]。

1 设备结构与运行原理

河南龙宇煤化工有限公司空分装置主空气压缩机为离心式，由西安陕鼓动力股份有限公司制造，型号为：EIZ140-4，与增压机共用一台透平汽轮机驱动，为四级水平剖分式离心式压缩机，由底座（包括下壳体）、上盖、转子和内置的气体冷却器组成；轴端密封、级间密封和轮盖密封均采用梳齿式密封[3]；径向轴承采用可倾瓦轴承，止推轴承采用米楔尔轴承；级间密封采用环氧树脂密封环；转子采用单跨式安装，轴向进气，入口可调导向叶片。空气冷却器采用内置式结构，三级冷却对称分布共计6 台，直接安装在机壳内[4]。

2 实际案例

河南龙宇煤化工有限公司主空压机自试车成功以来虽未曾进行过解体大修工作，但主空压机运行正常，前后轴振动及温度均良好，前轴振动V-01877X 在14 μm 左右，V-01877Y 在12 μm 左右，后轴振动V-01876X 在12 μm 左右，V-01876Y在15 μm 左右，轴位移Z-01876A 与Z-01876B 随着运行年限的增长不断上涨，在2020年初期达到0.41 mm 超出报警值（报警值0.40 mm）。空压机冷却器经多年使用冷却效果出现下降，冷却器后温度较高，夏季一级换热器后温度达65 ℃左右，超出设计值60 ℃，空压机能耗逐步上涨。为保证主空压机的正常运行，结合河南龙宇煤化工有限公司的生产实际情况与历年大修项目，于2021年6月份对主空压机进行解体大修工作，此维修项目由国内某检修公司负责，检修完毕后汽轮机进入暖机状态，在转速由1 600 r·min-1升至3 100 r·min-1时，空压机后轴振动过大VI01876X 满量程179 μm，VI01877X达到113 μm，振动还有上升趋势，进行紧急停车操作，经过多次试车及重复检修才解决问题。

3 处理过程与措施

3.1 初次检修

2021年6月装置停车后，对空压机进行解体大修工作，检修内容主要有：检查测量低压侧径向/止推轴承，检查高压侧径向轴承；检查测量各轴颈完好情况。测量轴向窜动、间隙等；检查止推盘表面粗糙度及测量端面跳动；清洗检查转子密封、叶轮、隔板、缸体等部件腐蚀结垢，冲蚀等情况；对转子进行无损探伤，检查、测量转子各部位的径向和端面跳动；检查各级密封情况；检查联轴器，进行无损探伤；复查与汽轮机对中等项目[5]。

此次拆检中发现：

1）空压机转子上密封齿出现部分损坏、倾倒、断裂等现象，见图1，因此密封齿安装复杂，技术要求高，现场无法对其进行更换，为此只对倾倒的密封齿进行扶正。

2）对级间密封、叶轮口环密封及平衡盘密封进行检查，发现部分级间密封及叶轮口环密封并不灵活，弹簧无弹力；同时部分密封磨损严重，见图2。对叶轮口环密封、级间密封及平衡盘密封全部更换为新密封，材质仍采用原厂环氧树脂密封环，平衡盘密封采用巴氏合金硬密封，并对弹簧全部换新，安装完毕后与旧密封拆之前一样，部分密封环在缸体内安装后亦出现卡涩等现象，按压密封环发现密封环无动作、弹簧无弹力，但因与更换前的密封状态一致，为此并未对其进行调整。

3）轴承箱油封间隙超标，更换新密封。

4）对轴承进行着色探伤，未发现磨损等现象，对前轴承轴瓦瓦背预紧力0.01 mm，增加0.05 mm调整垫片；后轴承轴瓦瓦背预紧力-0.07 mm，增加0.1 mm 调整垫片。检修前止推轴承间隙过大为0.65 mm，在副推侧增加调整垫片0.15 mm。检修完毕后按机组要求回装轴承，并与汽轮机进行对中。

3.2 初次试车

7月13日进行暖机冲转，一段暖机结束在升速至二段暖机3 100 r·min-1时，由于VI01876x 满量程179 μm，VI01877X 达到113 μm，且振动还在持续上升，进行紧急停机。初步怀疑为新更换的级间密封、叶轮口环密封及平衡盘密封可能存在异常，密封可能刻槽较浅，多进行试车可能会逐渐好转[6]。为此进行第2 次冲转，在升速至二段暖机3 090 r·min-1时，由于VI01876x 满量程179 μm，VI01877X 达到140 μm，且振动还在持续上升，再次进行紧急停机。进行第 3 次冲转，更改二段暖机转速为2 900 r·min-1，暖机近4 h，在7月14日4:53 时进行升速，升速至3 000 r·min-1时，由于VI01876x 达到152 μm，VI01877X 达到93 μm，且振动未有好转迹象，进行紧急停机。随后进行第4 次、第5 次暖机冲转，皆由于汽轮机主汽门关不严，致使机组转速快速上升，进行手动停车。7月14日第6 次暖机冲转，二段暖机转速设定2 900 r·min-1，暖机70 min，由于VI01876x/y（169,126）同时达到125 μm 联锁值以上，机组跳车。随后对机组停车检查。

3.3 第二次检查

因此次检修只更换了级间密封、叶轮口环密封及平衡盘密封，为此对新更换的密封进行检查，判断新更换的密封运行情况是否正常，首先对空压机两侧蜗壳进行拆除，检查第一级叶轮前密封及平衡盘密封的刻槽情况，发现一级叶轮前侧密封环刻槽较好，槽深与槽宽的尺寸较为均匀；但空压机平衡盘密封刻槽较差，上部蜗壳一侧出现刻槽现象，另一侧表面光滑未出现刻槽痕迹如图3所示，同时发现转子在水平位置进入四分段的密封环时，刻槽杂乱，毛刺较多，为此怀疑轴承安装是否存在异常，导致转子安装出现倾斜，造成平衡盘密封刻槽出现偏斜的现象；同时怀疑平衡盘硬密封是否安装错误顺序是否错误等，导致转子不平衡。

经对平衡盘气封上的序号及蜗壳上的钢印号进行对比，未发现平衡盘气封安装存在异常。为查清空压机振值大跳车的原因并尽快开车，经商议决定对空压机前后轴承进行拆检，对轴承数据进行复测，确认轴承安装是否存在异常[7]；同时制作专用工具，实现在不拆空压机换热器的情况下，对空压机上缸进行抬起，检查内部各级级间密封和叶轮口环密封，从而节约检修时间。经对轴承数据进行复测，发现空压机前轴承瓦背预紧力再次变为0.01 mm，对瓦背预紧力继续进行调整至-0.03 mm，其余轴承数据未发现异常。

对空压机叶轮前后密封、级间密封进行检查，发现内部密封环部分同平衡盘气封一样，部分刻槽完好、部分未出现刻槽现象；对密封环的弹簧进行检查，发现更换的新弹簧较硬，弹性小，拆卸下的旧弹簧较软弹性较大，为此更换为从河南龙宇煤化工有限公司其他压缩机上借用其材质较软的弹簧。因部分密封环上刻槽较差甚至未刻槽，怀疑导致转子转动时振值较大，为此同就密封条上得刻槽尺寸相比，对所有刻槽较差或未刻槽的密封环，进行人工刻槽[8]。

完成后于7月17日进行第7 次暖机冲转。二段暖机转速改为2 850 r·min-1，升速至3 138 r·min-1时由于VI01876x/y 同时达到125 μm（168，142）联锁值以上，机组再次跳车。第8 次冲转再次对机组升速逻辑进行修改，二段暖机转速为2 850 r·min-1，VI01876 或1877x/y 二选二125 μm 且延时三秒跳车，暖机时机组VI01876x/y（179,177）振动满足上述条件而跳车。第9 次暖机冲转，机组升速至3 272 r·min-1时，VI01876x/y（179,165）振动满足上述条件而跳车。第10 次暖机冲转。机组升速逻辑进行修改，VI01876 或1877x/y 二选二170 μm 且延时3 s 跳车。21:16 30 机组升速至3 272 r·min-1时，VI01876x/y（179,151）振动未满足上述条件而升速至4 081 r·min-1,之后手动升速至4 175 r·min-1。现场空压机组系统管线、机壳震动很大。期间VI01876x 一直处于满量程状态（179.7 μm），对空压机出气侧蜗壳使用手持式测振仪进行测振，发现出口蜗壳垂直侧振值 31.1 m m·s-1，水平侧6.9 mm·s-1。由于振动大，于7月18日停车检查。

3.4 第三次检查

再次对空压机后侧蜗壳进行检查，发现平衡盘气封垂直侧上部出现巴氏合金掉块、剥落的现象，如图4所示，怀疑新平衡盘气封材质或尺寸存在差异，同时怀疑转子存在不平衡状态。经商议决定对原平衡盘气封进行检查、着色探伤并打磨去毛刺后回装试机，同时对空压机与汽轮机对中进行了复测，复测数据与上述对中数据差别不大。

7月19日进行暖机冲转，机组升速逻辑进行修改，VI01876 或1877x/y 二选二150 μm 且延时3 s跳车，机组升速到3 290 r·min-1时，第12 次暖机冲转；升速到3 660 r·min-1时跳车，第13 次暖机冲转，升速到3 690 r·min-1时跳车。

3.5 第四次检查

经过数十次试车失败后，怀疑转子不平衡，且经多次试车后转子上的密封齿损坏较多，为此我公司邀请机组厂家对机组进行系统检查，同时将转子返厂进行动平衡试验、并修复转子上的密封齿。经检查发现高压侧轴承瓦下方存在硬质颗粒杂质，可能导致转子在转动时存在不平衡状态；在对轴承的数据复测时，将轴承瓦背预紧力调整时-0.11 mm；同时对所有的密封环进行修整，保证修整过后的所有密封环在壳体内均能自由调整，同时将所有的密封环弹簧更换为原厂弹簧。转子维修完毕后，对转子进行回装，复测对中时因水平方偏差为-0.2 mm 超出范围值，垂直方向为0.3 mm，为此通过调整空压机将对中调整至-0.1 mm，符合范围，其余数据如表1所示。

因原有的平衡盘气封损坏均无法使用，再次对其更换新平衡盘气封，回装完毕后进行盘车刻槽，发现刻槽效果完好，深度、宽度等尺寸均匀，未再出现上述异常现场。7月28日进行试车，一次性开车成功，空压机进气侧振值VI01877X、VI01877Y分别为16 μm、6 μm左右；出气侧振值VI01876X、VI01876Y分别为6 μm、7 μm左右，位移0.18 mm，轴承温度均在正常范围内，空压机恢复到原始状态正常运行。

4 结束语

至此，河南龙宇煤化工有限公司空压机在历经半个月、数十次的试车与检查中终于圆满开车，维修时间长维修过程曲折。在空压机组的检修中，检修前机组虽运行正常，但检修过程中仍会因各种原因导致无法正常开车，从而造成不可避免的经济损失[9]。为此，在机组的检修过程中必须将加强检修经验的积累，如瓦背预紧力虽符合标准但仍欠佳轴承不牢固；细化机组的检修规程，不可盲目相信拆检时的机组状态，如软密封弧度和机壳弧度尺寸存在偏差造成软密封安装后不能自由活动等；必须及时发现机组检修中的细微状况[10]，如轴承下方存在硬质颗粒等；加强检修过程管理，细化隐蔽工程验收标准，达到检修过程和质量可控化管理，如安装精度不达不到技术要求造成转子存在摩擦等，从而保证空压机组的检维修质量和正常运行，避免造成不可估量的经济损失。