學到就是賺到！離心式壓縮機機械故障分析與解決在引進的大型化肥、乙烯生產(chǎn)裝置和國內(nèi)的大型煉油廠中，離心式壓縮機已是生產(chǎn)中的關鍵設備。它不僅在動力消耗和投資上占的比例很大，而且設備的故障對正常生產(chǎn)的威脅也較大。......
在引進的大型化肥、乙烯生產(chǎn)裝置和國內(nèi)的大型煉油廠中，離心式壓縮機已是生產(chǎn)中的關鍵設備。它不僅在動力消耗和投資上占的比例很大，而且設備的故障對正常生產(chǎn)的威脅也較大。典型的壓縮機機械事故有離心式壓縮機葉片斷裂、機組振動等。壓縮機零部件的損壞同樣可釀成破壞性事故，有時還會毀壞整個壓縮機站、廠房和建筑物，甚至造成人員傷亡。
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這里重點介紹離心式壓縮機、風機轉子與靜止元件磨損、損壞甚至軸斷裂事故的主要原因與預防措施。
主要原因：
（1）因設計、裝配、操作等原因致使轉子在氣缸內(nèi)的軸向位置不正確，轉子對中不好引起轉子軸向竄動超差或產(chǎn)生較大的振動；
（2）因高壓缸內(nèi)缸與外缸套高壓側的O形環(huán)和背環(huán)被沖掉，高壓氣體竄入低壓缸，使軸向推力大大增加，引起止推軸承磨損或燒壞，使轉子軸向竄動，軸向位移失去控制；
（3）缸內(nèi)級間氣封及葉輪口環(huán)氣封的密封齒空腔內(nèi)存在很多油污或催化物質（如觸媒粉），級間氣封嚴重損壞，氣封齒在圓周方向成鋸齒狀，因氣封間隙增大，級間泄漏量隨之增大，造成軸向力大大超過設計值而使止推軸承燒壞；
（4）因轉子的熱膨脹、機組倒轉或操作時塔回流量加大，致使各級壓力上升而造成轉子瞬時竄動或軸向位移；
（5）泵聯(lián)軸節(jié)橡膠塊被切斷，致使離心式壓縮機流量突然下降，吸人溫度超高，引起轉子與止推軸承損壞；
（6）因軸承質量低劣，發(fā)現(xiàn)問題未及時停車，致使前軸承蓋、軸、葉輪、密封圈等受到不同程度的損壞；
（7）因轉子強烈振動，致使轉子與密封部位接觸而造成磨損。
（8）在變工況運行中，產(chǎn)生旋渦、旋轉失速等不穩(wěn)定氣流或發(fā)生喘振，致使轉子運行不穩(wěn)定而發(fā)生磨損、損壞。
（9）轉子有裂紋等制造缺陷，抗扭能力降低，致使轉子在運行中斷裂；
（10）氣體中的某些成分與存在的催化物在一定溫度下形成固體或沉淀，致使中間級迷宮密封和平衡活塞的間隙堵塞，引起末端推力不能平衡，推力軸承、軸嚴重磨損或損壞；
（11）管路堵塞或壓縮機內(nèi)吸入異物，致使轉子等部件磨損；
（12）探頭間隙和接近器輸出電壓不成線性關系，接近器劣化失效，致使誤動作，產(chǎn)生較大的軸向位移；
（13）轉子各密封部位的間隙安裝不良及部件松動。
預防措施：
（1）合理設計、安裝，正確操作。為實現(xiàn)準確的對中，應保證基礎尺寸合適，具有足夠的強度；底板剛性好、砂漿材料適宜，并在良好條件下灌漿；管子應很好地固定并具有足夠的撓性；撓性聯(lián)軸器應采用過渡配合安裝；正確確定對中允差；
（2）檢查、修復級間密封，并使用軸向位移儀監(jiān)控軸的軸向位移，以防止高推力負荷發(fā)生；
（3）采取必要的防氣蝕、腐蝕措施；
（4）嚴格按照操作規(guī)程運行；
（5）發(fā)生吸入溫度稍稍超過設計指標時，如果壓縮機轉速還有潛力，可適當提高轉速以避免喘振發(fā)生；
（6）確保軸承質量，發(fā)現(xiàn)問題及時修復或更換；
（7）及時停機檢查振動的原因并予以排除；
（8）在變工況運行時，注意操作時必須遵循“升壓時先升速，降速時先降壓”的原則，防止轉速過低，出口壓力升得過高。通過控制儀表調節(jié)喘振循環(huán)閥；
（9）保證轉子制造質量，運行前必須認真檢查，發(fā)現(xiàn)問題不可投入運行，應立即修復、更換；
（10）在壓縮機吸人口處采用高效袋濾器，在每一中間冷卻器管束部分設置分離器，除去油污和催化物；
（11）徹底進行系統(tǒng)檢查，除去管路和壓縮機內(nèi)的異物、鐵銹；
（12）對軸向位移儀等安全保護裝置要定期檢查，確保其測試精度與可靠性；
（13）安裝時，確保密封元件的間隙，緊固松動部件，加設防松部件。
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葉輪是離心式壓縮機、風機惟一做功的心臟部件，而高轉速、大流量、高壓力比、大功率和變工況等苛刻工作條件對葉輪的設計、制造技術、加工精度及維護提出了更高的要求。一旦發(fā)生葉輪損壞、葉片斷裂甚至解體破壞事故，不僅損壞轉子，而且隨轉速增加將引起劇烈的振動，使其無法操作，嚴重威脅壓縮機、風機連續(xù)、安全穩(wěn)定運行，將造成巨大的經(jīng)濟損失。
離心式壓縮機葉輪多采用焊接和鉚接的結構形式。葉輪損壞多發(fā)生在離心力最大的葉輪外緣和應力較高的輪蓋進口側以及鉚釘?shù)乃蓜踊驍嗔巡课?，也有的葉輪前盤連同葉片從與后盤焊接處發(fā)生斷裂。通過大量事故分析表明，葉輪破裂的斷面無明顯的塑性變形，幾乎全部是宏觀脆斷。因此，葉輪破壞大部分屬于應力腐蝕，其次是疲勞腐蝕。
應力腐蝕是指葉輪材料在受到應力和腐蝕的雙重作用下產(chǎn)生應力腐蝕裂紋而導致的脆性斷裂。應力腐蝕裂紋一是由于局部腐蝕引起的，二是在腐蝕環(huán)境中，材料因腐蝕反應生成氫氣從而產(chǎn)生裂紋并擴展，后一種屬于氫脆斷裂。
疲勞腐蝕是指葉輪在處于振動的狀態(tài)下，受到交變應力和葉輪與軸的復合振動應力的雙重作用，在其薄弱部位產(chǎn)生局部變形，以致超過材料的疲勞極限而產(chǎn)生裂紋。隨葉輪的連續(xù)不斷地振動，裂紋逐漸擴展，最后導致葉輪疲勞斷裂。
通過大量的事故統(tǒng)計分析可知，設計制造缺陷、安裝和檢驗不合理、氣體與酸泥腐蝕、轉子動不平衡引起的共振以及頻繁地在喘振區(qū)運行等，是導致離心式壓縮機、風機葉片斷裂的主要原因。
以下具體介紹事故原因與預防措施：
（1）設計制造缺陷
葉輪結構設計不合理，葉輪材料中存在若非金屬夾雜物，使其機械性能降低，特別是在僅有幾個毫米厚的輪蓋邊緣上含有夾雜物，使葉輪產(chǎn)生局部應力集中源，從而大大降低疲勞強度；制造缺陷是指焊縫本身和熱影響區(qū)缺陷以及葉輪加工表面粗糙，如葉片與輪蓋之間沒有全焊、未焊透、存在氣孔、咬邊等，若非金屬夾雜物剛好在此區(qū)域，就更加劇了裂紋的產(chǎn)生和擴展；葉輪與輪蓋焊接后使輪蓋熱影響區(qū)內(nèi)組織發(fā)生變化，該區(qū)的強度、硬度相對原組織降低，若非金屬夾雜物正好處在變化前后組織的交界處，就進一步促使應力集中源的形成，進而促使應力腐蝕裂紋產(chǎn)生，以致發(fā)生葉片斷裂。
預防措施：
發(fā)生上述故障時，應立即停車，組織有關人員對損壞部件進行檢查與事故分析；改進葉型設計，避開共振，改變傳統(tǒng)離心式壓縮機、風機葉輪設計方法，一可采用安全壽命設計，即在有效壽命期間，葉輪不得產(chǎn)生裂紋，二也可采用可靠性設計，即在葉輪存在缺陷或有損傷的條件下，應用斷裂力學理論預測出斷裂壽命，采取有效的預防措施；選用耐腐蝕、高強度的葉輪材料，確保葉輪加工質量，采用高形狀精度和高表面粗糙度加工；在葉輪輪盤外緣兩葉片之間部位可磨削圓?。徊捎贸暡o損探傷，從各個方向對焊縫和熱影響區(qū)進行嚴格檢查，及時發(fā)現(xiàn)焊縫和材質內(nèi)部缺陷；葉片與輪蓋之間應全部焊透，焊后必須進行消除內(nèi)應力處理；消除過大的振動源，調整共振頻率，使葉輪振動控制在允許范圍內(nèi)；修復后的轉子應嚴格進行動平衡、無損探傷和超透試驗。
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（2）氣體與酸泥腐蝕
石油化工用離心壓縮機輸送的介質大多具有較強的腐蝕性，例如CO2、NH3、CO和H2，它們在一定條件下生成氨基甲酸銨（NH2COOONH4）等，即使是空氣壓縮機、風機，由于空氣和工業(yè)煙氣中含有SO3、SO3等酸性氣體，濕度大時將形成亞硫酸、硫酸，它們對葉輪都有不同程度的腐蝕作用。裸露的葉片長期受氣體和酸泥的腐蝕，在沒有進行定期檢查或段間冷卻器、分離器液面指示失真、報警失靈情況下，使下一段入口氣體帶有酸性，在焊接葉片的焊接縮孔、氣孔處形成腐蝕坑，同時伴有部分氫滲現(xiàn)象，易形成疲勞源，致使葉片在受到高應力和腐蝕時發(fā)生脆性斷裂。
預防措施：
采用耐腐蝕高強度的不銹鋼焊接葉輪，焊后進行熱處理，其表面進行防腐涂層保護；盡可能降低工藝氣中CO、CO2的含量，并控制其合成氣出口溫度不能過低，一般≥38℃，以防止氨基甲酸銨的生成；定期排出中間冷卻器內(nèi)所生成的含有亞硫酸、硫酸的冷凝水，使其導出機外；安裝高效的吸氣過濾器（如脈沖式袋濾器），以降低壓縮機、風機進口的流速，減少空氣中所含的霧狀水滴與粉塵；嚴格檢查葉輪的腐蝕情況，并及時清除葉輪內(nèi)部和表面的沉積物。
（3）轉子的嚴重振動
由于葉輪設計欠佳，使危險振型沒有避開共振；葉片制造缺陷，在施工或檢修現(xiàn)場進行了不適當?shù)恼{整、調換，造成驅動機與壓縮機主軸對中發(fā)生了偏離；葉輪安裝不夠緊密，或因磨損、腐蝕的不均勻，灰塵在葉輪上積聚，個別葉片折斷等，使葉輪不平衡，將引起較大的振動。特別是葉輪的自振頻率與擴壓器、回流器或氣體管道的自振頻率相吻合時，將產(chǎn)生共振，這對葉輪的安全運轉威脅很大。
預防措施：
消除過大的振動源，調整機組的共振頻率，使葉輪振動控制在允許范圍內(nèi)；精心安裝，確保轉子對中良好；發(fā)現(xiàn)轉子不平衡時，應查明原因并加以消除，必要時可在高轉速動平衡機上進行試驗；在變工況運行時，要避免發(fā)生負荷突變，嚴格控制調速范圍，嚴防轉速過低使葉片振動頻率落人共振區(qū)；采用軸振動頻譜分析的方法，及早發(fā)現(xiàn)主軸的異常振動；嚴格控制進油溫度，適當增加油的黏度；從壓縮機頂上垂直下來的進口管道不應直接壓在壓縮機上，必須由管道掛鉤或支架來承擔其重量，以防止機殼在管道重量下產(chǎn)生變形而使振動加劇；安裝高效過濾器，及時清除葉輪上的積塵、結焦和鹽垢；當發(fā)現(xiàn)離心式壓縮機、風機機組發(fā)出異聲且伴有劇烈振動時，應立即停車檢查；嚴格按照操作規(guī)程進行操作，防止喘振、旋轉失速等不穩(wěn)定氣流發(fā)生；密切注視壓力、真空度、進氣量的波動及機組的異常響聲，及時發(fā)現(xiàn)，及早處理。
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離心式壓縮機機組常見的振動原因及預防措施如下：
（1）轉子不平衡
由于轉子不平衡產(chǎn)生的離心力與轉速的平方成正比，因此，機器啟動后很快就會振動，而且隨著轉速的提高和負荷的增加，振動將加劇。特別是撓性軸，當通過第一階臨界轉速時振動相當激烈，振動頻率始終與轉速同步，徑向振幅很大。引起轉子不平衡的原因如下。
① 運輸或安裝不當，轉子被碰撞或停放時間過長而保養(yǎng)又不得法，轉子平衡精度差；
② 轉子發(fā)生彎曲變形；
③ 機組運行中，因某些部件過盈量太小，高速旋轉時致使螺釘松動或脫落；
④ 葉輪上堆積沉積物，如積灰、結焦、結鹽垢；葉輪被腐蝕、沖刷磨損以及鉚釘松動、脫落；葉輪局部破碎；
⑤ 動葉片、圍帶、拉筋、鉚釘松動或飛脫；
⑥ 齒輪聯(lián)軸節(jié)加工或安裝不當。
預防措施：
① 精心運輸、保養(yǎng)，保證安裝質量，重新做動平衡試驗。如有必要可在高轉速動平衡機上進行試驗；
② 控制轉子熱脹冷縮，使其均勻或校直；
③ 緊固松動的零部件，增設防松裝置；
④ 清除葉輪上的污垢，修復或更換葉輪；
⑤ 檢查動葉片表面沖蝕、腐蝕或損傷情況，檢查圍帶鉚釘孔處有無裂紋；鉚釘?shù)膰烂艹潭?；圍帶是否松動，鉚釘有無剝落或裂紋；檢查拉筋有無脫焊、斷開、沖蝕或腐蝕的情況。檢查中如發(fā)現(xiàn)有上述缺陷時，應及時處理或更換；
⑥ 保證齒輪聯(lián)軸節(jié)的加工質量，使其嚙合良好，重新組裝找正。機組安裝找正不僅要求單臺機座位置水平和對中，還要求汽輪機、離心式壓縮機、齒輪箱機座之間在連接后仍能維持穩(wěn)定運行。在機組安裝找正時，應充分考慮軸系在運轉中由于轉子自重而產(chǎn)生的撓度、熱膨脹和轉子工作時干擾力的影響。
（2）半速渦動與油膜振蕩
半速渦動是離心式壓縮機徑向軸承在流體動力潤滑條件下，軸頸位置發(fā)生振蕩的一種形式。換句話說，就是在外載荷與油膜力的作用下，軸頸沿偏移的中心位置方向移動。發(fā)生半速渦動時，一般振幅較小，渦動軌跡通常為一橢圓；振幅較大時，軌跡形狀更為復雜。半速渦動是指振動角頻率為軸轉動角速度的一半或少于一半。發(fā)生油膜振動時，有時因軸承干摩擦而出現(xiàn)吼叫聲。
產(chǎn)生半速渦動與油膜振蕩的原因如下：
① 轉子制造精度差或動平衡差；
② 軸承動力特性參數(shù)選擇不當；
預防措施：
① 確保轉子制造質量，重新做動平衡試驗，配衡修正；
② 正確選擇軸承動力特性參數(shù)，改進軸承結構，可采用多油楔軸承或多油葉軸承或可傾瓦軸承；將軸承間隙增大;提高潤滑油油溫；調整軸承高度等措施可以提高穩(wěn)定性。
（3）基礎不堅或下沉及共振
在離心式壓縮機運行時，基礎振動振幅一般不大，而在停車時由于其他振源引起基礎表面的振幅值增大，振頻與轉速同步，尤其是轉子稍不平衡將會引起強烈振動。
產(chǎn)生這種振動的原因如下：
① 機器與底架固定不牢，地腳螺栓松動；
② 基礎與底座間填充物脫離；
③ 基礎不堅；
④ 基礎自振頻率接近工作轉速或油膜共振頻率。
預防措施：
① 重新緊固；
② 注入環(huán)氧樹脂等填充物；
③ 修補基礎；
④ 應使基礎的自振頻率至少避開機器工作轉速的±20％，且避開“油膜共振頻率”。此時基礎的自振頻率應避開機器工作轉速的40％～50％；
⑤ 因為電機的諧波激磁和磁場反作用，其自振頻率為兩倍的工作轉速，故基礎的自振頻率應避開機器兩倍工作轉速的±15％；
⑥ 因為附近地段其他機器通過管道和地基傳播振動頻率，根據(jù)所設計基礎的隔振情況和振動的嚴重程度，避開工作轉速的±（10～20）％；
⑦ 盡可能避開轉子臨界轉速的±10％。
（4）臨界轉速下共振
① 臨界轉速計算不精確，誤差較大，或由于其他原因，使離心式壓縮機工作轉速與臨界轉速接近；
② 汽輪機調速機構失靈；
③ 軸承在運轉或拆裝過程中，油溫及軸承間隙的變化，不僅會影響轉子的穩(wěn)定運行，而且還會使轉子軸系的臨界轉速發(fā)生變化。
預防措施：
① 可暫時提高或降低機器的工作轉速，以避開臨界轉速。
② 可對轉子做高精度的動平衡試驗，從而保證機組在共振轉速區(qū)也可穩(wěn)定地運行。
③ 設計時，應使臨界轉速至少高于或低于工作轉速的20％，工作轉速n通常規(guī)定為：
剛性轉子 n≤0.7n k 1 （n k 1為一階臨界轉速）、撓性轉子（1.3～1.4）n k 1 ≤ n ≤0.7n k 1 （n k 1為二階臨界轉速）
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（5）結構共振
結構共振是指機器某些部件或組裝機器本身發(fā)生共振。
① 機器本身各部件之間的振動頻率吻合，如葉輪與擴壓器、回流器葉片數(shù)的關系引起的共振；
② 外界振動頻率恰好與機器的渦動頻率相吻合，如管道的脈動引起的共振，它將引起轉子或軸承處的共振渦流；
③ 外來激振力作用所產(chǎn)生的頻率，與機器本身某部件振動頻率吻合。
預防措施：
改變部件的設計，改變部件的自振頻率，設法避開共振頻率。
（6）部件松動
部件運行中松緊程度不同，其振幅是不相同的。通常，振動的頻率兩倍于工作轉速，尤其是機組運轉方式發(fā)生改變時，振動將會加劇。
如離心式壓縮機支撐瓦緊力不夠，引起調節(jié)塊松動，造成振動偏大，調節(jié)墊片因經(jīng)常受脈沖應力沖擊而破壞，從而引起軸中心下移，造成更為嚴重的振動，使機組停車。
一般采取的措施是緊固松動部件，或增設防松裝置。
轉子與固定元件或密封件之間的摩擦測得的振動圖像無規(guī)律，振動的頻率與機器的工作轉速同步，而且頻率從低到高，波動范圍比較寬，啟動或停車時能聽到金屬弦聲。發(fā)現(xiàn)此種形式振動時，可采取卸拆檢查、重新組裝的方法予以消除。
