引言

空分裝置作為煉化企業(yè)的主要裝置，承擔(dān)為下游生產(chǎn)裝置提供合格的氧氣、氮?dú)夂推渌嚓P(guān)氣體的重要任務(wù)，是保證下游裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。空壓機(jī)作為空分裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷，確保其正常工作顯得至關(guān)重要。

某廠生產(chǎn)的空壓機(jī)是4級(jí)4段離心式壓縮機(jī)，其型號(hào)為DH63-17，同步電動(dòng)機(jī)功率為3700kW，轉(zhuǎn)速為1480r/min ，電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與壓縮機(jī)變速箱輸入軸相聯(lián)，再通過(guò)齒輪變速箱大齒輪帶動(dòng)兩邊小 齒輪輸出軸，其中低速軸轉(zhuǎn)速為9800r/min ，高速軸轉(zhuǎn)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(dòng)調(diào)心滑動(dòng)軸承，推力軸承為滑動(dòng)推力軸承，前后軸封均為迷宮密封[1] 。

1　振動(dòng)故障分析

機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。空壓機(jī)采用美國(guó)ENTEK-IRD公司的ENTRX網(wǎng)絡(luò)化高速在線監(jiān)

測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)3、4級(jí)軸測(cè)點(diǎn)振動(dòng)開(kāi)始緩慢上升，其中3B測(cè)點(diǎn)從11μm上升到14μm，4B測(cè)點(diǎn)從31μm上升到38μm ，振動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示。機(jī)組的振動(dòng)雖然遠(yuǎn)未達(dá)到報(bào)警值(機(jī)組振動(dòng)報(bào)警值為70μm) ，但由于機(jī)組振動(dòng)波動(dòng)越來(lái)越頻繁，嚴(yán)重影響了裝置的安全生產(chǎn)。為了更好地掌握空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)導(dǎo)致空壓機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的原因進(jìn)行了分析。

1.1 頻譜分析

從所記錄的機(jī)組3B、4B點(diǎn)頻譜趨勢(shì)圖(圖3)看出，3B、4B的頻譜幅值一直在不斷加大，振動(dòng)頻率主要表現(xiàn)在200Hz，而此頻率正好是工作轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的工頻成分(fr = n/60=12000/60=200Hz;n為高速軸轉(zhuǎn)速)，其它頻率成分振動(dòng)變化較小。從振動(dòng)頻譜來(lái)看，如果是旋轉(zhuǎn)失速，振動(dòng)主要發(fā)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(dòng)頻率約為工頻的1/2倍，那么在1/2倍工頻處的振幅應(yīng)比較大，但頻譜圖上1/2倍工頻處的振幅值基本沒(méi)有，因此可以排除旋轉(zhuǎn)失速和軸承油膜失穩(wěn)等故障[2] 。根據(jù)典型故障的振動(dòng)特征，振動(dòng)頻譜中主振頻率主要表現(xiàn)在200Hz，可以初步判斷故障原因很可能是轉(zhuǎn)子不平衡或者是軸瓦磨損[3] 。

1.2 軸心軌跡分析

為了進(jìn)一步確定故障原因，對(duì)在兩個(gè)相互垂直的徑向安裝測(cè)振傳感器測(cè)得合成的軸心軌跡圖(圖 5)進(jìn)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(dòng)正常時(shí)有所增大，且軌跡集中，不紊亂，進(jìn)一步說(shuō)明振動(dòng)是由轉(zhuǎn)子不平衡引起的;而且由于旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相同，這說(shuō)明振動(dòng)是由于轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生了與不平衡力相類似的新激振力引起的。因?yàn)槿绻怯捎趧?dòng)、靜部件碰撞時(shí)引起的振動(dòng)軸心軌跡的運(yùn)動(dòng)方向與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向相反[4] 。另外，軸心軌跡形狀比振動(dòng)正常時(shí)有所增大，說(shuō)明隨著不平衡的加劇，軸瓦進(jìn)一步磨損，從而導(dǎo)致3、4級(jí)振動(dòng)逐步增大。

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

1.3 　葉輪不平衡原因分析

引起轉(zhuǎn)子積灰或葉輪損傷的主要原因有機(jī)組進(jìn)口過(guò)濾器的過(guò)濾效果差、空壓機(jī)級(jí)間管道和冷卻器內(nèi)壁積灰、銹蝕、結(jié)垢等 [5] 。

(1)空氣過(guò)濾效果差

空氣過(guò)濾器作為壓縮機(jī)的保護(hù)裝置，在保證壓縮機(jī)平衡運(yùn)行方面起著很重要的作用。如果空氣過(guò)濾器效果不好，空氣中的雜質(zhì)就會(huì)較多地進(jìn)入壓縮機(jī)，混入壓縮空氣中，造成葉輪積灰嚴(yán)重，壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，積在葉輪上的灰塵或其他氧化物會(huì)不均勻脫落，致使轉(zhuǎn)子平衡被破壞，造成機(jī)組振動(dòng)增大，這是引起振動(dòng)的主要原因。

(2)中間冷卻器及級(jí)間管銹蝕

空氣中間冷卻器及級(jí)間管材質(zhì)為普通碳鋼，空氣中帶腐蝕性成份的冷凝水對(duì)冷卻器外殼內(nèi)壁及管道腐蝕嚴(yán)重，若腐蝕生成的物質(zhì)沖刷葉輪或附著在葉輪上，就可能造成轉(zhuǎn)子平衡被破壞，振動(dòng)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(dāng)或排水不及時(shí)，將會(huì)造成冷凝水積聚，積水在冷卻器內(nèi)增多后容易被氣流夾帶而對(duì)葉輪產(chǎn)生沖刷。

2　 處理措施

2.1 　空氣過(guò)濾器改造

提高過(guò)濾后空氣的質(zhì)量，減少空氣含塵量，就會(huì)大大減少壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子葉輪在運(yùn)行過(guò)程中的結(jié)垢或機(jī)械雜質(zhì)對(duì)葉輪的沖刷，從而減輕轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中因結(jié)垢而產(chǎn)生的不平衡或者機(jī)械雜質(zhì)對(duì)葉輪沖刷造成的葉輪損傷。可將原噴吹濾袋過(guò)濾器整體更換為框式過(guò)濾器，其采用兩級(jí)過(guò)濾元件，第一級(jí)為板式過(guò)濾棉;第二級(jí)為高效過(guò)濾器，濾材為高效玻纖濾紙，由于采用兩級(jí)過(guò)濾，過(guò)濾精度得到提高，不僅改善了空氣過(guò)濾效果，而且可以在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下短時(shí)間內(nèi)更換濾芯，操作維護(hù)方便。通過(guò)提高進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣質(zhì)量，減少了空氣中的含塵量，減輕了轉(zhuǎn)子葉輪在運(yùn)行中的灰塵結(jié)垢現(xiàn)象，大大延長(zhǎng)了空壓機(jī)的安全運(yùn)行周期。

2.2 　管道及冷卻器防腐處理

對(duì)機(jī)組級(jí)間換熱器進(jìn)行抽芯檢修，發(fā)現(xiàn)大量的鐵銹和泥砂，內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，級(jí)間管線同樣腐蝕嚴(yán)重。對(duì)進(jìn)氣管道、級(jí)間管道和冷卻器外殼及內(nèi)部進(jìn)行徹底除銹，并進(jìn)行防腐處理，可避免產(chǎn)生氧化物對(duì)葉輪沖擊，減少葉輪的結(jié)垢程度。對(duì)級(jí)間換熱器內(nèi)壁和級(jí)間管線內(nèi)壁進(jìn)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(huì)在級(jí)間換熱器內(nèi)壁和級(jí)間管線內(nèi)壁的內(nèi)表面形成一層不銹鋼鍍膜，既耐腐蝕又抗沖刷。同時(shí)，檢修中把機(jī)組級(jí)間換熱器的排凝口加大，排凝管線改為不銹鋼管線，確保級(jí)間換熱器不會(huì)因排凝管線堵塞造成液擊。通過(guò)采取上述改造措施后，葉輪的沖刷現(xiàn)象從根本上得到了解決。

3 　結(jié)論

通過(guò)對(duì) DH63 空壓機(jī)振動(dòng)原因進(jìn)行分析，采取了上述有效的對(duì)策與處理措施， 3 、 4 級(jí)振動(dòng)已明顯好轉(zhuǎn)，機(jī)組振動(dòng)故障問(wèn)題得到了有效的解決。目前機(jī)組完全有能力做到安、穩(wěn)、滿、優(yōu)運(yùn)行 8000h 以上不停車，改造效果良好，提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

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

[2] 廖伯瑜.機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)[M] .北京：冶金工業(yè)出版社， 2003 .

[3] 于濤.空分裝置空壓機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)及故障診斷[J].煉油技術(shù)與工程，2005(12)：36-39 .

[4] 王江萍.機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M] .西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001 .