0 引言
離心壓縮機具有處理量大、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、維修量小以及壓縮氣體不受油污的特點。在空分系統(tǒng)等行業(yè)廣泛運用，它在長時間的運行周期后 , 由于各種因素的影響 , 會使振動增大 , 從而使效率降低 , 能耗增大 , 甚至?xí)谝恍┨囟ür下發(fā)生喘振，使壓縮機不能正常工作，稍有失誤就會造成嚴(yán)重的事故。因此，如何降低壓縮機的振動 , 使壓縮機在正常工況下運行 , 提高壓縮機的機械效率是十分重要的 , 本文結(jié)合多年的生產(chǎn)實踐，對離心壓縮機減小振動進行了分析和探討。
1 壓縮機簡介
透平空氣壓縮機作為空分設(shè)備配套的原料空氣壓縮機，進行多級等溫壓縮的壓縮機。其結(jié)構(gòu)大致包括：齒輪增速裝置的壓縮機本體、中間冷卻器和油站部分。筆者結(jié)合 H 型壓縮機的原理、結(jié)構(gòu)及在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用進行了分析。
一般壓縮機由同步電機驅(qū)動 , 帶動增速器大齒輪及其兩側(cè)平行配置的從動小齒輪軸，軸的兩端裝著各自帶動的葉輪在蝸殼內(nèi)壓縮空氣。在壓縮機本體下部設(shè)有 3 個中間冷卻器，通過管道與壓縮機本體連接。壓縮機進口采用脈沖反吹自潔式過濾器，過濾空氣中的機械性雜質(zhì)。原料空氣由脈沖反吹自潔式過濾器吸入，通過導(dǎo)葉機構(gòu)調(diào)節(jié)流量后進入一級流道，分別經(jīng)過一、二、三級壓縮和三級中間冷卻，再經(jīng)過四級壓縮后，進入空分系統(tǒng)。
壓縮機各級軸承采用可傾五塊瓦，周向均布，同電動機軸承一同進行強制供油，供油裝置即油站由主、輔油泵組成并相互備用，油壓低于 0.14MPa 報警，油壓低于 0.07MPa 停車； 兩臺油泵運行，油壓高于 0.23MPa ， 自動停一臺油泵。油溫控制在 40 ℃± 5 ℃。
2 振動分析
影響透平壓縮機正常運行的內(nèi)部和外界因素很多 , 透平壓縮機的振動是壓縮機設(shè)計制造、安裝和運行管理的綜合反映。結(jié)合我公司 3 臺透平壓縮機組幾年來的運行情況和振動所造成的嚴(yán)重危害，對空壓機振動大的原因進行了分析。
2.1 開車運行后的振動
2.1.1 啟車影響
機組啟動時，由于機組啟動電流大，瞬間扭力也很大，造成電動機有移位感，而且在啟動過程中，渡過喘振區(qū)是個不穩(wěn)定的過程，振動明顯起伏。
以我公司一臺空壓機為例，因為啟車不規(guī)范，開機時進口導(dǎo)葉和刻度位置經(jīng)常不一致，致使開機時，啟動電流很大，甚至明顯感覺有喘振現(xiàn)象，造成開機后振動很大，因此，多次啟車影響壓縮機的使用壽命，需要經(jīng)常停機檢修。
2.1.2 頻繁開停車影響
頻繁開停車對機組振動也有影響。由于客觀條件不允許或機械故障的影響，被迫一年中開停多次，使轉(zhuǎn)子平衡被破壞。停車時會把積在轉(zhuǎn)子上的塵土或其他氧化物不均衡地脫落，破壞了轉(zhuǎn)子的平衡。
由于開停機瞬間很大的轉(zhuǎn)矩對齒輪軸瓦及密封沖擊磨損很大，雖然密封與軸配合在合格范圍內(nèi)，但會產(chǎn)生很大的軸向位移，總會對密封與軸的某一點產(chǎn)生磨損破壞，使密封或軸的表面光滑度下降，從而使振動加大，甚至損壞設(shè)備。
2.2 軸瓦的影響
以前空壓機經(jīng)常使用的是滑動軸承兩塊瓦， 2000 年以后，對空壓機滑動軸承進行了改造，在原空壓機機體基礎(chǔ)上對軸瓦進行了升級，采用可傾五塊瓦，瓦塊之間及瓦塊與軸間油量增多了，雖然潤滑、冷卻性能變好了，密封性能卻沒有原滑動軸瓦好；但振動降低了，機械效率也大幅提高，目前已得到業(yè)界的認可。但缺陷是軸承溫度和振動檢測設(shè)備時常漂移跳躍，重新調(diào)校時僅憑經(jīng)驗，缺乏標(biāo)準(zhǔn)，使日常監(jiān)測失靈，給操作工帶來誤判斷。
2.3 冷凝水的影響
空氣中帶有腐蝕性氣體的冷凝水造成轉(zhuǎn)子（尤其是 3 ～ 4 級）、氣封、擴壓器和碳鋼空氣管道等腐蝕嚴(yán)重，產(chǎn)生空氣渦流的振動。管道氧化物的沖刷造成轉(zhuǎn)子平衡破壞，振動激烈，因而被迫停車，此類事故已發(fā)生兩次。
冷凝水的影響，特別是在潮濕的天氣下，沒有及時排出冷凝水，或疏水器故障，造成冷凝水不能排出，以致把水帶入葉輪。造成振動加大，損壞設(shè)備。
2.4 安裝、檢修不良引起的振動
2.4.1 對中不良，軸向位移造成振動值升高
各缸之間用聯(lián)軸器聯(lián)接傳遞運動和轉(zhuǎn)矩，由于機組的安裝誤差、工作狀態(tài)下熱膨脹、承載后的變形以及機組基礎(chǔ)的不均勻沉降等，有可能造成機組工作時各缸軸線之間產(chǎn)生不對中。不對中將導(dǎo)致軸向、徑向產(chǎn)生交變力，引起軸向振動和徑向振動，而且振動會隨著不對中嚴(yán)重程度的增加而增大。
聯(lián)軸器安裝有誤差、聯(lián)軸器制造不平衡、聯(lián)軸器端面偏差過大、彈性聯(lián)軸器制造精度不夠和柱銷不等重等原因會造成聯(lián)軸器故障。軸瓦間隙偏大、油膜渦動等原因是造成軸承缺陷的主要原因。
另外，軸向位移也會造成振動升高，以一臺故障壓縮機為例，原先在安裝時電動機和大齒輪的同軸度完全根據(jù)設(shè)計要求來校正。按設(shè)計要求安裝時，徑向軸向誤差一般允許在± 0.02mm 。機組運行一段時間后再測，測得軸向已變動，而徑向的水平方向更是明顯走動了 0.18 ～ 0.20mm 左右。這說明機器在對中后走掉的情況下運行，振動就會很大。
2.4.2 齒輪接觸面不足
齒輪接觸面不足，使齒輪偏載造成工頻振動。透平機的轉(zhuǎn)速很高，以一臺壓縮機為例， 1 ～ 2 級轉(zhuǎn)速為 15200r/min ， 3 ～ 4 級為 19200r/min ，因而齒輪的精度要求也很高。保持較高的齒輪接觸面很重要，在靜態(tài)下檢查齒輪接觸面無法得到動態(tài)的實際接觸情況，我們的做法是在靜態(tài)下使接觸面不低于 85% 。其中一臺機組在檢修時發(fā)現(xiàn)齒輪接觸面差，一只新齒輪只運行兩個多月就嚴(yán)重點蝕和大齒面剝落（一只大齒現(xiàn)價 30 萬元）。機組振動很大，齒輪的損壞就呈惡性循環(huán)，難以挽救。
2.4.3 轉(zhuǎn)子動平衡不良
由于轉(zhuǎn)子制造誤差、裝配誤差以及材質(zhì)不均勻等原因造成的轉(zhuǎn)子靜平衡、動平衡不良，這種原因引起的振動在試運之初，便會產(chǎn)生振動；長時間運行后，由于不平衡引起轉(zhuǎn)子上不均勻結(jié)垢、介質(zhì)中粉塵的不均勻沉積、介質(zhì)中顆粒對葉片及葉輪的不均勻磨損等原因引起的轉(zhuǎn)子不平衡，表現(xiàn)為振動值隨著運行時間的延長而逐漸增大；由于轉(zhuǎn)子上零部件脫落或葉輪流道有異物附著、卡塞造成的轉(zhuǎn)子不平衡，表現(xiàn)為振動值突然升高。
2.5 油系統(tǒng)的影響
2.5.1 油膜振蕩
油膜渦動引起的低頻振動。軸承中的油膜在轉(zhuǎn)軸和軸承間運行，起到傳遞平衡載荷和潤滑冷卻的作用，如軸承穩(wěn)定性不好，會導(dǎo)致油膜半速渦動。我公司 3 臺透平機轉(zhuǎn)速為 19200r/min ，約在 10000 r/min 左右產(chǎn)生低頻振動。低頻振動產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速不合拍的激振力，對轉(zhuǎn)子和軸壽命的影響程度超過工頻振動的影響，它使轉(zhuǎn)子振動總量增大，這歷來被人們所禁忌。如低頻值是工頻值的 105% 時，就應(yīng)引起重視。我們原有的機器低頻值大于工頻值的 5% ，已造成嚴(yán)重后果，軸瓦的錫基合金多次剝落（其實是撞落），被迫停機。 2 級轉(zhuǎn)子運行了 13442h 后，振裂掉落一塊約 1.5mm2 ， 3 ～ 4 級轉(zhuǎn)子運行 11000h 后，軸頭產(chǎn)生斷裂。更換兩根轉(zhuǎn)子要花幾十萬元，還直接影響生產(chǎn)。
2.5.2 油質(zhì)的影響
一次壓縮機事故后，經(jīng)過對油箱內(nèi)油的檢測，油質(zhì)酸性增大，機械雜質(zhì)增多，對密封腐蝕很大，造成密封或軸磨損加大，表面光滑度降低，從而使振動加大。
通過對一次空壓機故障的檢測，油檢測數(shù)據(jù)見表 1 。
因此必須搞好空壓機的日常運行檢測監(jiān)測、維護與點檢。特別留意做好日?？諌簷C的油質(zhì)化驗檢測。
2.5.3 油壓油溫影響
必須控制壓縮機油溫在合理范圍內(nèi)。當(dāng)油溫過高不能控制時，及時清理酸洗油冷卻器。建議在軸承供油管道上安裝一調(diào)節(jié)油壓油量閥門 , 用以控制軸承供油壓力，并且將軸承與齒輪的供油分開。
油溫高油粘度下降，在增速器內(nèi)油泡沫增多，再加上回油不暢造成增速器內(nèi)油位升高，斜齒輪轉(zhuǎn)動時向一側(cè)噴油，直接噴向軸承一側(cè)，造成一側(cè)軸承回油不暢，軸承內(nèi)油壓高，供油不均勻，致使軸承磨損不均勻，振動加大。
2.6 機前過濾器的影響
我公司在使用自潔式空氣過濾器前，空氣中微小的灰塵顆粒不能被空壓機過濾掉，特別是潮濕環(huán)境下的可溶性灰塵。隨著空壓機中間冷卻及壓力的提高，空氣中水分逐漸減少，高壓作用下，氣流密度的提高 , 灰塵顆粒的體積百分比提高，并且葉輪上有拐角的地方流動性變差，這種可溶性的灰塵在高溫高壓下凝固在 3 、 4 級葉輪上，使葉輪動平衡遭到破壞，振動值達到 100 μ m 以上，不得不停機檢修重新做動平衡。給安全生產(chǎn)及企業(yè)效益帶來巨大損失。每年因此平均停機 2 ～ 3 次。用自潔式空氣過濾器后雖然這種問題依然存在，但停機次數(shù)大大減少。以布袋式與自潔式空氣過濾器相比，并且針對自潔式空氣過濾器結(jié)構(gòu)特點，為防止阻力進一步升高， 12000 機組將過濾器封閉，使之改變氣流方向效果明顯（見表 2 ）。 
2.7 機后壓力的影響
機后壓力波動大，使壓縮機負荷發(fā)生明顯變化，振動加大。
3 減振措施
3.1 采用不刮削或少刮削軸瓦
針對齒輪式壓縮機，解決好三軸平行是根本，刮研軸承是關(guān)鍵，軸承如果沒有刮研好，就會引起激烈的振動，縮短壓縮機使用壽命。當(dāng)然減速齒輪、軸承等損壞頻率也會加快。
軸承傳統(tǒng)刮削工作效率低，質(zhì)量得不到保證，檢修工人勞動強度大，效率低。采用不刮削或少刮削軸瓦，也就是說從整體提高加工精度，使橢圓軸承在大機床上加工成型，從而保證了透平機軸承的性能要求，也是消除油膜半波渦動的最好辦法。消除半波渦動，機組的安全、穩(wěn)定、長期運行得到了保證，從而保證生產(chǎn)，降低備件消耗，大大減少檢修工時。
3.2 確保高質(zhì)量的安裝水平
確保水平基礎(chǔ)的穩(wěn)定，并且安裝軸承時，保障合適的過盈量等因素，起到重要的前提保證作用。只有在此前提下，安裝好軸承與齒輪，高質(zhì)量的安裝水平，盡量減小裝配誤差。理論與實踐已經(jīng)證明：斜齒輪接觸面應(yīng)達到 85% ，而軸和軸承應(yīng)達到線接觸，以便形成一個潤滑油的液體楔子，但必須是統(tǒng)一的前后聯(lián)系傳遞，接觸盡量均勻。
3.3 采用可傾五塊瓦軸承
軸承是引起振動的關(guān)鍵所在，透平機的軸承是解決三軸平行度（水平方向和垂直方向）和同軸度的根本。軸承若選得不當(dāng)，會造成整機振動劇烈。
采用可傾五塊瓦軸承可以保證軸的中心在任何時候不偏離，這樣解決了軸在高速運轉(zhuǎn)下的振動問題，使機組穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)成為可能。軸承軸瓦也可以自動調(diào)節(jié)其傾斜度，以應(yīng)對軸承負載在機組加載 - 卸載過程中的變化，使得軸承在機組負荷劇烈變化時也可從容應(yīng)對。
3.4 操作管理對振動的控制
3.4.1 按規(guī)程啟動壓縮機
啟動壓縮機時，必須按規(guī)程、次序開啟進口導(dǎo)葉，使啟動過程迅速避開喘振區(qū)域，避免壓縮機在危險區(qū)域運行，保障長周期運轉(zhuǎn)。
3.4.2 控制好油系統(tǒng)
離心壓縮機一般情況開車時各指標(biāo)正常，振動值不大，在長周期運行中變化不大，也不能造成機組的振動加大。但油溫控制不理想，就會造成機組振動加大，出現(xiàn)異常。油溫作為開車連鎖的條件之一，在正常運行中，油溫的穩(wěn)定也能保證機組安全、穩(wěn)定、長期運行。
油溫度控制在 40 ℃左右為最理想狀態(tài)，因為回油溫度一般在 50 ～ 55 ℃，通過冷卻可達到理想的油溫，操作工要根據(jù)天氣的冷熱，隨時不斷地調(diào)整油溫，穩(wěn)定油溫，這樣可使機組減少工頻和低頻振動。
另外，定時化驗油脂，檢查指標(biāo)是否合格，可使機組振動減小，運行周期加長。
3.5 運行控制
利用緩沖系統(tǒng)或自動化程度、精確度較高的自動閥門，控制好機后壓力，平穩(wěn)的機后壓力可減小振動。調(diào)整好 PID 參數(shù)，自動控制放散閥，減小機后壓力波動。從而減小振動。
3.6 在進氣口加裝沖水結(jié)構(gòu)
葉輪、管道和蝸殼結(jié)垢，使動平衡被破壞，進一步使機組振動加大，效率降低，嚴(yán)重時不得不停機檢修。
措施：在進氣口加裝沖水結(jié)構(gòu)，定期沖洗或檢修時葉輪重做動平衡，保證機組良好的氣動性能。以 2# 機組空壓檢修消除葉輪結(jié)垢運行為例，見表 3 ，進口溫度均為 26 ℃。
表 3 消除葉輪結(jié)垢運行參數(shù) 
3.7 在線監(jiān)測與及時進行故障診斷
進入 2000 年以后，我們陸續(xù)對 3 臺透平壓縮機配置了 DCS 微機監(jiān)測系統(tǒng)，在線記錄歷史數(shù)據(jù) , 動態(tài)監(jiān)測機組的溫度、壓力、振動及流量等參數(shù)，用計算機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)了機組運行監(jiān)測、信號處理、故障診斷以及機組歷史資料管理等功能。
通過在線監(jiān)測同時對歷史數(shù)據(jù)的調(diào)用分析 , 觀察歷史運行參數(shù)變化 , 進行分析與故障預(yù)判斷，及時采取措施進行調(diào)整，消除隱患，保障壓縮機在正常參數(shù)范圍內(nèi)運行，是減小振動、延長使用壽命的關(guān)鍵所在。
結(jié)合頻譜分析，對異常變化或逐步升高的數(shù)據(jù)進行分析研究，與壓縮機結(jié)構(gòu)、電源頻率等固有的頻率進行了對比分析，判斷是否存在轉(zhuǎn)子不平衡，軸承座松動，箱體、支座松動，油膜渦動，油膜振蕩，氣流脈動等故障。
4 結(jié)論
通過長期的實踐運行，證明以上措施的實施，使壓縮機機組振動明顯在可控的范圍內(nèi)，使機組傳動效率提高，能耗進一步降低，大大延長了壓縮機的使用壽命。一般的壓縮機運行周期都在一年以上，僅僅做開蓋檢查。減少了大修的次數(shù)，間接地為企業(yè)創(chuàng)造了效益。
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