DHP45型离心压缩机振动原因分析与改进

张 雷，刘启福，李玉鹏，陈 岩

（沈阳鼓风机集团有限公司，辽宁 沈阳 110869）

离心空气压缩机，是我国根据引进自日本日立公司DH型压缩机自行设计的离心压缩机，广泛应用于冶炼、石油、化工等行业，是空分装置生产线中的重要设备，由于该产品在试制过程中曾多次出现振动过大的现象，因此需要分析其振动产生的原因，并加以改进［1，2］.

1 离心空气压缩机的主机结构

离心空气压缩机机组主要是由齿轮箱体：大齿轮和2个小齿轮，一、二级叶轮为低速转子（L轴转子），三、四级叶轮为高速转子（H轴转子），4个蜗壳，6个轴承及密封等构成.由电机驱动通过联轴器带动大齿轮，并由大齿轮传动其两侧的低速轴齿轮和高速轴齿轮转动，使叶轮转动对气体做功，见图1.

2 振动状况分析及处理

2.1 主要零部件的相关参数

大齿轮转速为nG＝1 500r·min－1，L轴转子转速为nL＝13 559r·min－1，H轴转子转速为nH＝16 688r·min－1；L轴间隙为0.15～0.20mm，L轴直径为100mm，H轴间隙为0.135～0.180mm，H轴直径为90mm.振幅要求：L轴振幅≤25.4μm，H轴振幅≤23μm.

图1 DHP45型离心压缩机转子结构示意图Fig.1 Type DHP45centrifugal compressor rotor structure diagram

2.2 振动监测

压缩机启动以后随着转速的上升，L轴转子、H轴转子振幅急剧加大，达到额定转速后各轴振幅及轴承温度、进油温度如表1所示.

经过30min机械运转试验，进油温度及各轴承温度均属正常状态，符合标准值，各轴振幅严重超标，见图2.

表1 各轴初始振幅值及轴承温度、进油温度Tab.1 Initial amplitude value of shaft and bearing temperature，the oil inlet temperature

图2 修复前二级转子振动趋势图Fig.2 Before repair the two stage rotor vibration trend graph

2.3 振动原因分析

离心空气压缩机的转子轴颈表面的线速度很高而载荷较小，油膜压力大于轴颈载荷，容易引起油膜涡动.在正常情况下，油膜涡动受到油膜刚度及阻尼的抑制，使得转子仍能平稳工作.当涡动频率与一阶临界转速一致（轴颈转速在一阶临界转速的2倍附近）时，转子轴承系统会发生油膜振荡；而当转子受到诸如不平衡、气流不稳定等较大的激振力时，油膜涡动幅度增大，会造成轴瓦碰摩等破坏性故障.只有消除涡动或改变临界转速，才能使机组正常运转.通过改变轴承间隙或轴承结构消除涡动.通过增强或降低机组的刚性才能使机组的临界转速与机组的工作转速分离［3－4］.

3 解决方法

具体解决可以有如下办法：①转子加长或缩短，以使轴承跨距加大或缩短；②改变转子的质量；③改变轴承的间隙或结构.因压缩机已制成，转子的大小及质量固定，只能通过改变轴承间隙与轴承结构的办法来解决油膜涡动现象与改变临界转速的影响［5］.

3.1 改变轴承的间隙

首先改变轴承的间隙：改变轴承间隙后，对L轴转子作用不大，而对H轴转子的振幅也只是略有改变，收效甚微.

3.2 采用改变轴承结构

原压缩机六副轴承均采用椭圆瓦轴承，轴瓦是由上下2个圆弧组成的，其曲率半径大于圆柱瓦，轴颈始终处于瓦的偏心状态下工作，轴颈受到上下2个约束力的制约.

根据机组不平稳运行的状态，决定采用可倾瓦轴承.可倾瓦轴瓦是由多块活动瓦块组成（以5块瓦居多），每块瓦块有1个使瓦块自由摆动的支点，瓦块按载荷方向自动调整，使瓦块上的油膜力通过轴颈中心.由于瓦块具有这个特殊功能，因此当转子受到外界激励因素干扰时，轴颈暂时偏离原来位置，各瓦块将按轴颈偏移后载荷方向自动调整到与外载荷相平衡的角度.其次，轴承由几个独立的瓦块组成，油膜不连续，因此大幅度涡动的可能性也就比较小.鉴于这种轴承的特点，所以用可倾瓦结构轴承替代原椭圆瓦轴承.

通过实践试验消除了油膜涡动，经过4h的机械运转，轴承温升正常，而振幅明显有很大的改变，改进后的振动测试结果如表2和图3所示.

表2 改进后各轴振幅值及轴承温度、进油温度Tab.2 After improved the shaft amplitude and bearing temperature，the oil inlet temperature

图3 改进后二组转子振动趋势图Fig 3 Modified two groups of rotor vibration trend graph

4 结论

（1）离心空气压缩机改造后，经过连续的负荷调整试验，振动值一直在要求指标以内，机组运行稳定.

（2）通过对离心空气压缩机振动异常处理的分析和实践，可以得出结论：椭圆瓦轴承油膜涡动是振动异常的原因.

（3）对于使用椭圆瓦轴承的机组要改为可倾瓦轴承，以增加油膜稳定性.

［1］高金吉.旋转机械振动故障原因及识别特征研究［J］.振动测试与诊断，1995，3（15）：1－7.

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KANG Bin.The 4L－20/8type air compressor vibration testing analysis［J］.Applied Energy Technology，2003（3）：14－16.

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