通過對苯酚丙酮車間PC-1A離心壓縮機轉子頻繁出現振動值超標聯鎖停車故障進行系統分析，根據振動頻譜圖分析主要發生在工頻，轉子的平衡問題應該是振動的主要原因，并提出了合理的解決方法，改造后，壓縮機實現了長周期運行，保證了機組正常開車運行，產生了良好的經濟效益和社會效益。

　　前言

　　苯酚丙酮車間PC-1A離心壓縮機采用C3000MX3垂直剖分式離心壓縮機，是苯酚裝置的重要備與重點機組,其用是為氧化工段提供壓縮空氣，因此PC-1A壓縮機的正常運行顯得至關重要。其性能參數見表1。

表1 PC-1A壓縮機機組主要參數

1、PC-1A 離心式壓縮機的結構和工作原理

　　PC-1A離心式壓縮機結構如圖1所示。

圖1 轉子結構示意圖

　　C3000MX3 離心式空氣壓縮機，是一臺由電機驅動，單級吸氣，單級排氣的三級壓縮的離心式空氣壓縮機。電機通過聯軸節與壓縮機增速箱輸入軸相連，再通過齒輪增速箱大齒輪帶動周邊3個小齒輪輸出軸，其中一級轉速：18 000r/min，二級轉速：25 000r/min，三級轉速：34 800r/min。三根軸的后端均為徑向止推軸承及五瓣瓦式自動調心滑動軸承，前端為五瓣瓦式自動調心滑動軸承。軸封為浮環式密封。同步電機功率為：2145kW，轉速為：1500r/min。

　　當被壓縮的氣體通過安裝在機組上的進氣裝置進入壓縮機一級壓縮，葉輪給氣體加速，氣體進入擴壓器，并將部分速度能轉化為壓力能。機組的中間冷卻器將壓縮過程中產生的熱量帶走，從而提高壓縮效率。氣體在運動的低速區通過不銹鋼水氣分離器，除去其中冷凝水，當氣體被強制通過不銹鋼分離器后，氣體所帶的水分降低了。這樣的過程不斷連續重復，直到壓縮機達到了所要求的工作壓力。

2、PC-1A 離心式壓縮機故障及原因分析

　　2.1、故障描述

　　2012年4月以來，機組總是因三級轉子振動值超標聯鎖停車，在進行動平衡和清灰除垢處理后，運行周期最長6個月，最短1個月。2013年8月15日，對機組進行解體檢查，發現如下情況：

　　(1)機組第一級轉子與擴壓器均有劃痕，且機組的第一、二、三級葉輪積碳嚴重，須表面清洗，如圖2所示。

圖2 機組的第1、2、3 級擴壓器積炭圖

　　(2)轉子在拆卸過程中，第三級葉輪螺栓由于原始安裝時造成的螺紋損傷，以至解體后發現第三級轉子軸中的內螺紋和葉輪固定螺栓螺紋頭部均呈現咬合損傷。

　　(3)第三級轉子后部止推軸瓦有明顯的磨損痕跡，如圖3所示。

圖3 機組的第3 級轉子軸與葉輪及止推軸承

　　2.2、故障分析

　　通過對一、二、三級轉子頻譜采集，確認是第三級振動引發連鎖停車，第三級頻譜圖如4所示。

圖4 第三級轉子振動頻譜趨勢圖

　　經過對試車時采集的第三級轉子振動頻譜分析，顯示最大峰值在一倍頻，從而確定為第三級轉子振動值超標。從圖4的頻譜圖可以看出其振動主要發生在工頻，575×60=34 500。

　　1)振動連鎖停車的原因分析與主要原因確定

　　(1)機組軸對中不良，導致轉子振動超標。頻譜顯示僅僅第三級振動異常，且二倍頻幅值不高，可排除機組找正的原因。

　　(2)第三級轉子止推瓦磨損,導致振動超標。解體檢查的軸承磨損并不嚴重(深度<1μm)，可排除軸承故障。

　　(3)轉子彎曲導致動不平衡。用千分表測量轉子彎曲度，轉子沒有發現彎曲，可以排除。

　　(4)由轉子裝配質量原因引起振動異常。做完動平衡的第三級轉子是葉輪、軸、推力盤組裝在一起的，每個零件相對位置都打上記號。由于該機組為垂直剖分，轉子現場回裝須解體，并要嚴格按照原記號安裝，否則會破壞轉子動平衡，而且此振動在運行之初便會產生，所以可以排除。

　　(5)軸與葉輪配合失效導致動不平衡。葉輪與主軸裝配時，是三段圓弧孔并帶有一定的錐度配合，然后依靠葉輪鎖緊螺栓壓緊葉輪，從而提供一定的壓應力。在壓應力作用下，整套轉子在運行時會處于一種穩定的狀態。葉輪與主軸的裝配精度檢查的結果發現組裝件中，轉子軸磨損，螺紋損傷，接觸面積僅有20%左右，而轉子軸與葉輪接觸面積應大于80%。所以，葉輪與主軸配合接觸面積小，葉輪與主軸的配合在高速旋轉下，產生了不穩定狀態，形成高速動平衡失效，屬于典型的轉子動不平衡，是引起機組振動的主要原因。

　　2)高速動不平衡形成的原因分析

　　(1)靜態模型。靜態時轉動軸與葉輪的受力情況，如圖5。轉子處于靜態時，從圖5中可以看出，葉輪依靠鎖緊螺栓與轉動軸聯接在一起，此時依靠螺栓的預緊力Fz克服因過盈而產生的壓應力，將葉輪與轉動軸連接在一起。軸內孔受正壓力FJ2產生彈性變形，螺栓產生的軸向力與壓應力FJ1的軸向分力保持平衡，因螺栓軸向力而產生的垂直于內孔錐面的壓應力造成葉輪三角圓弧錐體段的彈性變形。這時葉輪與主軸的配合為過盈配合，其裝配模型如圖6所示。

圖5 靜態時轉動軸與葉輪的受力情況示意圖

圖6 靜態時轉動軸與葉輪的過盈量示意圖

　　(2)動平衡試驗時模型。當轉子處于動平衡轉速時，轉子周向產生一定的離心力FL2，在離心力的作用下，軸內孔在徑向產生一定的變形量，其變形趨勢如圖7所示。葉輪受力(僅分析與軸配合的部分)在離心力FL1的作用下，葉輪在徑向產生一定的變形量，其變形趨勢如圖8所示。葉輪三角圓弧錐體段與轉動軸內孔同時受離心力的作用，對于轉動軸的內孔而言，其變形量在軸向上。對葉輪而言，由于葉輪三段圓弧錐體段靠近葉輪一側受到比較大的離心力，因此葉輪三段圓弧錐體段的變形量不是均布的。動平衡試驗時由于轉速為2400r/min，離心力不足以克服壓應力所造成的過盈，因此葉輪與轉動軸的配合依然存在一定的過盈量，但是過盈量已經沒有靜態時的過盈量大，動平衡試驗時葉輪與轉動軸的裝配模型如圖9所示。

圖7 動平衡試驗時轉動軸內孔變形趨勢示意圖

圖8 動平衡試驗時葉輪變形趨勢示意圖

圖9 動平衡試驗時葉輪與轉動軸的過盈量示意圖

　　此時在動平衡試驗轉速下，該轉子結構仍然保持穩定，動平衡試驗結果為合格。

　　(3)試機時模型。當高速旋轉時，離心力帶來葉輪、轉子軸的變形大于這一壓緊力所能提供的過盈量，從而導致了軸和葉輪裝配部位出現部分不接觸，接觸面積偏少，葉輪發生偏擺，直接體現動平衡失效，振動值超標機組停車。如圖10所示。

圖10 試機時軸和葉輪配合示意圖

3、故障處理措施與效果

　　(1)對損壞的第三級轉子軸進行修復，通過使用絲錐對轉子軸損壞螺紋進行修復；

　　(2)對葉輪進行噴砂處理，清除葉輪表面積碳，提高配合精度；

　　(3)對第三級轉子軸與葉輪修復后，進行動平衡校驗，后回裝開機，對第三級轉子進行狀態監測，頻譜圖如圖11所示；

圖11 第三級轉子正常狀態振動頻譜圖

　　(4)通過頻譜圖可看出，各項數據均符合該機運行正常范圍，到現在設備已運行了12個月的時間，設備運轉情況良好。

4、結束語

　　動平衡對高速轉子來說起著至關重要的作用，是壓縮機組能否安全運行的關鍵。通過對苯酚丙酮車間PC-1A空氣壓機轉子頻繁出現動值超標聯鎖停機故障進行系統分析，并在綜合分析故障產生原因的基礎之上采取有效的處理措施，改造后，壓縮機組實現了長周期運行，產生了良好的經濟效益和社會效益。