DH63 型空壓機振動故障分析及處理

引言

空分裝置作為煉化企業的主要裝置，承擔為下游生產裝置提供合格的氧氣、氮氣和其他相關氣體的重要任務，是保證下游裝置長周期安全運行的基礎。空壓機作為空分裝置中的關鍵設備，對其進行振動狀態監測及故障診斷，確保其正常工作顯得至關重要。

某廠生產的空壓機是4級4段離心式壓縮機，其型號為DH63-17，同步電動機功率為3700kW，轉速為1480r/min ，電動機通過聯軸器與壓縮機變速箱輸入軸相聯，再通過齒輪變速箱大齒輪帶動兩邊小 齒輪輸出軸，其中低速軸轉速為9800r/min ，高速軸轉速為12000r/min ，3根軸的前后軸承均為徑向—推力混合軸承，徑向軸承為五瓣瓦式自動調心滑動軸承，推力軸承為滑動推力軸承，前后軸封均為迷宮密封[1] 。

1　振動故障分析

機組結構簡圖及測點分布如圖1所示。空壓機采用美國ENTEK-IRD公司的ENTRX網絡化高速在線監

測系統進行實時跟蹤監測，通過監測發現空壓機3、4級軸測點振動開始緩慢上升，其中3B測點從11μm上升到14μm，4B測點從31μm上升到38μm ，振動趨勢如圖2所示。機組的振動雖然遠未達到報警值(機組振動報警值為70μm) ，但由于機組振動波動越來越頻繁，嚴重影響了裝置的安全生產。為了更好地掌握空壓機的運行狀態，對導致空壓機產生振動的原因進行了分析。

1.1 頻譜分析

從所記錄的機組3B、4B點頻譜趨勢圖(圖3)看出，3B、4B的頻譜幅值一直在不斷加大，振動頻率主要表現在200Hz，而此頻率正好是工作轉速相對應的工頻成分(fr = n/60=12000/60=200Hz;n為高速軸轉速)，其它頻率成分振動變化較小。從振動頻譜來看，如果是旋轉失速，振動主要發生在頻率為0.8和0.2倍的分頻工頻上;如果是由于軸承油膜振蕩引起的，油膜的振動頻率約為工頻的1/2倍，那么在1/2倍工頻處的振幅應比較大，但頻譜圖上1/2倍工頻處的振幅值基本沒有，因此可以排除旋轉失速和軸承油膜失穩等故障[2] 。根據典型故障的振動特征，振動頻譜中主振頻率主要表現在200Hz，可以初步判斷故障原因很可能是轉子不平衡或者是軸瓦磨損[3] 。

1.2 軸心軌跡分析

為了進一步確定故障原因，對在兩個相互垂直的徑向安裝測振傳感器測得合成的軸心軌跡圖(圖 5)進行了分析。從圖中看出，軸心軌跡的形狀是橢圓形，橢圓形狀比振動正常時有所增大，且軌跡集中，不紊亂，進一步說明振動是由轉子不平衡引起的;而且由于旋轉方向與轉軸的旋轉方向相同，這說明振動是由于轉子上產生了與不平衡力相類似的新激振力引起的。因為如果是由于動、靜部件碰撞時引起的振動軸心軌跡的運動方向與轉軸的旋轉方向相反[4] 。另外，軸心軌跡形狀比振動正常時有所增大，說明隨著不平衡的加劇，軸瓦進一步磨損，從而導致3、4級振動逐步增大。

綜合各方面的因素，得出以下結論：(1)由于介質沖刷及葉輪結垢，造成高速轉子葉輪不平衡;(2)高速軸瓦逐漸出現磨損，軸瓦間隙變大。

1.3 　葉輪不平衡原因分析

引起轉子積灰或葉輪損傷的主要原因有機組進口過濾器的過濾效果差、空壓機級間管道和冷卻器內壁積灰、銹蝕、結垢等 [5] 。

(1)空氣過濾效果差

空氣過濾器作為壓縮機的保護裝置，在保證壓縮機平衡運行方面起著很重要的作用。如果空氣過濾器效果不好，空氣中的雜質就會較多地進入壓縮機，混入壓縮空氣中，造成葉輪積灰嚴重，壓縮機在運轉中，積在葉輪上的灰塵或其他氧化物會不均勻脫落，致使轉子平衡被破壞，造成機組振動增大，這是引起振動的主要原因。

(2)中間冷卻器及級間管銹蝕

空氣中間冷卻器及級間管材質為普通碳鋼，空氣中帶腐蝕性成份的冷凝水對冷卻器外殼內壁及管道腐蝕嚴重，若腐蝕生成的物質沖刷葉輪或附著在葉輪上，就可能造成轉子平衡被破壞，振動加劇。

(3)中間冷卻器析出的冷凝水

中間冷卻器的排水方式不當或排水不及時，將會造成冷凝水積聚，積水在冷卻器內增多后容易被氣流夾帶而對葉輪產生沖刷。

2　 處理措施

2.1 　空氣過濾器改造

提高過濾后空氣的質量，減少空氣含塵量，就會大大減少壓縮機轉子葉輪在運行過程中的結垢或機械雜質對葉輪的沖刷，從而減輕轉子在運行過程中因結垢而產生的不平衡或者機械雜質對葉輪沖刷造成的葉輪損傷。可將原噴吹濾袋過濾器整體更換為框式過濾器，其采用兩級過濾元件，第一級為板式過濾棉;第二級為高效過濾器，濾材為高效玻纖濾紙，由于采用兩級過濾，過濾精度得到提高，不僅改善了空氣過濾效果，而且可以在機組運轉的情況下短時間內更換濾芯，操作維護方便。通過提高進入壓縮機的空氣質量，減少了空氣中的含塵量，減輕了轉子葉輪在運行中的灰塵結垢現象，大大延長了空壓機的安全運行周期。

2.2 　管道及冷卻器防腐處理

對機組級間換熱器進行抽芯檢修，發現大量的鐵銹和泥砂，內壁腐蝕嚴重，級間管線同樣腐蝕嚴重。對進氣管道、級間管道和冷卻器外殼及內部進行徹底除銹，并進行防腐處理，可避免產生氧化物對葉輪沖擊，減少葉輪的結垢程度。對級間換熱器內壁和級間管線內壁進行特殊防腐處理，可采用碳鋼表面噴鍍不銹鋼的處理方法，噴鍍工序全部完成后會在級間換熱器內壁和級間管線內壁的內表面形成一層不銹鋼鍍膜，既耐腐蝕又抗沖刷。同時，檢修中把機組級間換熱器的排凝口加大，排凝管線改為不銹鋼管線，確保級間換熱器不會因排凝管線堵塞造成液擊。通過采取上述改造措施后，葉輪的沖刷現象從根本上得到了解決。

3 　結論

通過對 DH63 空壓機振動原因進行分析，采取了上述有效的對策與處理措施， 3 、 4 級振動已明顯好轉，機組振動故障問題得到了有效的解決。目前機組完全有能力做到安、穩、滿、優運行 8000h 以上不停車，改造效果良好，提高了企業的經濟效益。

參 考 文 獻

[1] 金鎖英，等.空分裝置空壓機振動及故障診斷[J] .通用機械， 2004(5)：67-69 .

[2] 廖伯瑜.機械故障診斷基礎[M] .北京：冶金工業出版社， 2003 .

[3] 于濤.空分裝置空壓機振動監測及故障診斷[J].煉油技術與工程，2005(12)：36-39 .

[4] 王江萍.機械設備故障診斷技術及應用[M] .西安：西北工業大學出版社，2001 .