离心压缩机振动故障的分析和处理

孙东华　王维东

摘 要：机器基础的不均匀沉降等，造成机器工作时各转子轴线之间产生不对中。不对中将导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动。由于不对中引起的振动会随着对中严重程度的增加而增大。文章对离心压缩机振动故障进行分析，并提出了处理建议。

关键词：离心式压缩机；振动故障；振动故障处理；故障分析

中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）20-0130-01

××研究院目前共有四台DA型离心压缩机，主要用于满足航空发动机地面试验提供气源。自汶川5·12大地震后其中一台压缩机有严重的振动故障，故障主要表现为轴瓦巴氏合金脱落、齿轮磨损、机器发生异常振动，犹其是轴向振动严重超标。安全隐患极大。由于这种压缩机结构复杂，安装精度要求较高，压缩机又没有安装轴振动传感器，这就为振动监测及故障诊断造成了一定的困难。

1 设备基本情况

该机组型号为DA 1000-51，电机转速为2 985 r/min（约50 Hz）机组功率为5 000 kW，流量为1 000 m3/min，主轴转速为5 400 r/min，转子临界转速为2 400 r/min。压缩机通过前后轴承座支承前后在两块底座（台板），底座上装有四个滑销，均留有一定的间隙，以保证压缩机缸体轴向和径向的热膨胀。前轴承径向椭园轴承，后轴承是径向、止推联合滑动轴承。转子止推轴承布置在排气侧，运行时转子有相对气缸向进气侧窜动的轴向力。轴瓦面是巴氏合金，属强制润滑。没有安装轴振动传感器。增速器齿轮是人字齿轮，大齿轮齿数95，小齿轮齿数40。增速机与电机、压缩机均通过齿轮联轴器转递扭矩。机组配套及测点示意图，如图1所示。

2 振动故障

2.1 故障特征

该机组经5·12大地震使设备基础产生了不均匀沉降，电机6号轴承基础压机1号轴承基础低45 mm，轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度都产生变化。机组运行时1号、2号、3号轴承的振动十分明显。增速机振动也大，运转的声音异常，轴承温度上升很快。高速齿轮很可能有故障。用本特利测振仪得到各轴承，垂直、水平、轴向三个位置振动频谱图。

转速为5 440 r/min（91 Hz）压缩机转子激起的基频振动最大达到35 mm/s，压缩机1号轴承各测点压缩机转子激起的基频振动分别为7.9 mm/s、5.9 mm/s、22.2 mm/s。

压缩机2号轴承各测点压缩机转子激起的基频振动分别为1.6 mm/s、6.6 mm/s、12.6 mm/s。且有较丰富的频率成份和较大的二倍频成份。

增速机基频振动较大，3号轴承垂直振动6.9 mm/s、水平振动5.9 mm/s，4号轴承垂直振动4.6 mm/s、水平振动5.3 mm/s，首先电机转速是49.6 Hz；齿轮啮合频率为：

49.6X95=4715.17 Hz

怀疑为齿轮对的配合间隙较大，齿轮的中心距超差，引起的共振现象。

2.2 故障处理

离心机开盖检查，并测量机组中心包括转子与汽缸或静子的同心度、支承转子各轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度三项内容，如其偏差过大可能会引起汽流激振、动静碰磨。若碰磨发生在转轴处，会使转子发生热弯曲而引起不稳定普通强迫振动，经查压缩机与增速机高速轴不对中。压缩机的对中数据，如图2所示。

可看出其联轴节径向、端面开口都存在显著偏差，当端面上开口时，会使联轴器相邻的两个轴瓦载荷增加；圆周差会使圆周较低的相邻轴瓦载荷减少；联轴器不对中时，轴向振动较大，随着转速升高，振幅增长得很快，转速降低时，振幅可趋近于零。

检查时还发现在1#轴承瓦忱上有一细小裂纹，长约30 mm，肉眼可见。在检查轴瓦紧力时也有发现：1#和2#轴承轴瓦垫块和洼窝接触处产生明显撞击痕迹，金属表面有疲劳剥落现象，就将原设备技术文件规定的紧力0.03～0.07 mm增加到0.12 mm。电机侧联轴节不同轴度也较大。其原因基础产生了不均匀沉降，各轴承座标高及轴系水平成倾斜状态，压缩机机组各转子中心线不能够形成一条连续平滑的公共中心线。设备基础加固处理、轴承座标高及水平位置、轴系连接的同心度和平直度重新调整找正（规定值），更换新忱，并将1#轴瓦更换（巴氏合金有脱落现象）再次开机运行正常。

2.3 排除故障的措施

精确调整增速机与电机和压缩机同轴度之前，增速机开盖检查发现，增速机轴承向径间隙普遍超大，轴向间隙竟比规定值大0.4 mm。齿轮中心距和交叉度也严重超差，造成低速轴与高速轴啮合不好，配合间隙较大，齿轮对运行过程中所受的冲击较大。一、二级轴承振动就波动大，引起齿轮共振。增速机运行时的轴承润滑油压力、温度、回油量及齿轮的啮合频率，都反映了以上问题。

将增速机的四个轴承全部更换，依据设备技术文件的要求，对齿轮对啮合调整和轴瓦研磨，保证增速机各部件装配精度要求，再次开机运行正常。

3 结 语

DA1000-51离心压缩机（已使用20 a）在检修前各轴承，垂直、水平、轴向三个位置的振动均超出上表（不允许）的规定，轴向振动超出数倍。检修后的振动除1#轴承轴向振动5.6 mm/s，其它轴承的振动值均在（允许）范围内，用便携式测振仪和本特利测振仪同时检测，满足了使用要求。

我们认为，振动设备故障的诊断和处理应先检查设备各部件装配精度，所有数据都符合规范和厂家技术要求，先排除一些不规范的因素。但已使用20 a左右老设备振动故障的诊断处理时，及时检查和增加紧力，不能局限于规范和厂家技术要求，设备使用时间长轴瓦在洼窝内支承刚度降低，并且转子平衡技术和精度以前也不如现在。

离心压缩机机组振动设备故障的诊断和处理，使我们感到故障与征兆不完全是一一对等的关系，有时各种故障同时发生、同时存在。正确判断和处理故障不仅要对设备非常了解和熟悉，还需要撑握振动学方面的知识。

参考文献：

[1] 陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2] 沈从周.机械安装手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.