文/宝金新城江都气体有限公司林伟
【摘要】
针对离心式空压机振动故障进行分析，诊断出振动故障的原因，准确地找出了故障源。因空气吸入口过滤器过滤效果差，造成灰尘在叶轮上不均匀沉积而破坏了转子动平衡，表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大。经常发生连续阴雨、持续大雾等特殊天气的地区可根据不同的气候特点，合理使用空气过滤，可以根除由此引起的振动故障。
【关键词】
螺杆压缩机；振动；故障分析；空气过滤器；长周期稳定运行要素
一、故障经过
宝金现场空分空压机（三级压缩、一二级共轴、输入转速2970r/s，一二级转速17129r/s），在2017年2月份时，二级振动由2015.07的14.23μm已缓慢均匀上涨到现在的18.4μm，一级也由2015.07的14.9μm上涨到目前的17.55μm，对其二级轴承拆检检查磨损情况，检查叶轮结垢情况并做清理，开机后二级振动数据为17.5μm左右。正常开机后二级振动还是一直慢慢往上涨。至2017年底，21000空气量下，二级振动到了21μm，23000左右的空气量，二级振动达到19.3μm左右。
二、原因分析
（一）转子不平衡引起的振动
离心压缩机的转子由于受到材质和加工装配技术等各方面的影响，转子上的质量分布对轴心线成不均匀分布，或认为转子的质量中心与旋转中心之间总是有偏心距存在。因此，转子在高速旋转时将产生周期性的离心力、离心力矩或两者兼有，这种交变的离心力或离心力矩就会在轴承上产生动载荷，也就会引起压缩机的振动。转子不平衡是引起压缩机振动的最主要、最常见的原因。
确认的转子不平衡振动故障，则应该查找不平衡的原因，可从如下几个方面入手并加以解决：
（1）检查转子上各零部件是否有松动。
（2）检查转子上是否有结构不对称的地方。
（3）重新对转子做动平衡校验。
（二）转子不对中引起的振动
压缩机组通常都由电机或汽轮机、变速机、压缩机组成，机组各转子之间由联轴器连接而构成轴系，传递运动和扭矩。由于机器的安装误差、机组承载后的变形以及机组基础的沉降不均等原因，往往造成机器工作时各转子的轴线之间产生轴线平行位移、轴线角度位移或综合位移等对中变化误差。转子系统不对中将产生一系列有害于机组的动态效应，导致压缩机发生异常振动。转子系统不对中的故障发生的比较多，因此需要认识转子系统不对中故障的机理和表现出来的现象，能够准确诊断这种故障。
转子系统不对中的形式有三种：平行不对中、角不对中和综合不对中。
（三）油膜振荡
油膜振荡是高速滑动轴承的一种特有故障,它是由油膜力产生的自激振动。转子发生油膜振荡时输入的能量很大,引起转子轴承系统零部件的损坏,甚至整个机组的毁坏,因此必须深入了解有效防治。
（四）转子与气封间的磨擦
为了提高离心压缩机的效率,往往把密封间隙、叶轮顶间隙做得较小,以减小气体的泄漏,但是小间隙除了会引起流体动力激振外还容易发生转子与气封的磨擦。转子与气封的磨擦有两种:一种是转子转动过程中,转子与气封发生局部碰磨。另一种是转子与气封发生大弧度磨擦接触。
（五）旋转脱离与喘振
旋转脱离机理：当离心式压缩机工况发生变化时如果流过压缩机的量减小到一定程度,进入叶轮或扩压器的气流方向发生变化,气流向着叶片工作面产生冲击,在叶片非工作面上产生很多气流旋涡,旋涡逐渐增多,使流道流通面积减少。假如2流道中旋涡较多,多余的气体就会进1和3叶道，进入1叶道的气体正好冲击叶片非工作面,使旋涡减少,而进入了叶道的气体冲击工作面使旋涡增多,堵塞流道的有效流通面积,迫使气流折向其它流道。如此发展下去,旋涡组成的气团转速反向传播,并产生振动。
（六）喘振
喘振是突变型失速的进一步发展。当气量进一步减小时,压缩机整个流量被气体旋涡区所占据,这时压缩机出口压力会突然下降。但是有较大容量的管网压力并不会马上下降,出现管网气体向压缩机倒流现象。当管网压力下降到低于压缩机出口压力时,气体倒流停止,压缩机又恢复到原来压力后,又会出现整个流道内的旋涡区。这样周而复始,出现了压力和流量周期性的脉动,并发出低频吼叫,机组产生剧烈振动。振动振幅和频率与管网容积大小密切相关，管网容量越大,喘振频率越低，振幅越大，多数大容量机组的振动频率<1Hz。
喘振产生的原因是:
（1）压缩机转速下降而出口压力未下降；
（2）管网压力升高；
（3）压缩机流量下降；
（4）压缩进气温度高；
（5）分子量减小；
（6）压缩机进气压力下降或入口管网阻力增大。
三、检查处理方案
（一）检查调整或更换测振探头和变送器
这是首先考虑的处理措施，也是最简单的处理措施。检查测振探头固定到连接器上的锁紧螺母是否松动，检查探头与轴的间隙电压是否正常，正常值是6.5V。为便于排除故障，我们更换了I-II级转子测振探头和变送器，但开机试运，振动值高的故障依然存在，故可以排除振动监测系统故障的因素。
（二）检查联轴器
第二步措施是检查联轴器及对中情况，未发现异常。从检查情况看，可以排除联轴器故障的因素。
（三）检查转子及轴承
先拆卸各级蜗壳。检查一、二级叶轮结垢情况，一级比较干净，二级结垢严重，一级入口管内也有许多灰尘。然后打开上盖检查齿轮，检查二级轴瓦磨损及结垢情况，未发现有磨损和结垢，轴瓦巴氏合金完好。
（四）润滑油系统检查
检查空压机油箱并更换润滑油，添加5桶（约1000L），同时将空压机邮箱温控阀及油过滤器滤芯更换。
通过叶轮等处的积垢表明，吸入口空气过滤器过滤效果差，需要认真检查分析并分析空气过滤器的工作情况。
四、自洁式过滤器的使用、检查分析
（一）自洁式过滤器原理
SCAF-900H自洁式空气过滤器是烟台宝源净化有限公司专门为宝金新城江都气体有限公司所设计。它应用在空气压缩机的进风口，是以刚性滤筒为第一级过滤元件的并带有脉冲反吹清灰功能的自洁式空气过滤器。它的额定处理空气量是54000Nm³/h。使用中，SCAF-900H需要的维护操作是更换滤筒和清洗滤网，而更换滤筒和清洗滤网的操作无须停机。因此，SCAF-900H能保证空压机多年不间断地运行。二级H10的大风量过滤器能更好的保护空压机的叶轮，多年内空压机内部无明显结垢。
过滤器出口与空压机入口连接。在负压的作用下，SCAF-900H吸入周围环境空气。空气先通过入口过滤网，入口过滤网可阻挡空气中的部分灰尘。在阴雨天或大雾天的时候，可有效降低空气中的水汽，保护滤筒。当空气穿过滤筒，灰尘被滤筒吸附。滤筒积尘，无数小颗粒粉尘在滤筒的过滤材料迎风表面形成一层尘膜，它一方面使过滤效果提高，另一方面使气流阻力增大。当阻力增至某一上限设定值时，差压变送器通知脉冲控制仪中的微处理器，微处理器发出指令，自洁系统开始工作。电磁阀接到指令，按微处理器设定的程序动作，驱动隔膜阀，隔膜阀瞬间释放出压缩气流。这股气流经喷头整流，自滤筒内部反向冲击滤筒；聚集在过滤材料外表面的多余粉尘被反向气流吹落，滤筒的阻力随之回落。当阻力降至某一下限设定值时，微处理器宣布任务完成，自洁系统停止工作，直到阻力再次升到上限设定值。
新更换的滤筒阻力低；几个月后，阻力达到上限设定值并开始反吹；而后，阻力长期在上限设定值与下限设定值之间徘徊。滤筒寿命将尽时，阻力会居高不下，并升至报警值，以提醒用户更换滤筒。
（二）连续阴雨、大雾天气对自洁式过滤器的影响分析
近十几年，这种自洁式空气过滤器广泛应用于空分行业，是各类大型空压机入口空气过滤的主要设备。与传统的卷帘式、布袋式过滤器相比，自洁式空气过滤器的优点是接近零维护，完全可以做到不停车更换滤筒元件，具有过滤精度高、过滤面积大、阻力小和故障少等特点，特别适用于干旱地区的大型空分设备。缺点是成本相对较高；在持续大雾、阴雨天气时，阻力大，容易产生高位运行情况 。
工厂位于江苏省江都沿江开发区（省级），厂区南临长江，毗邻夹江。江都地区也属北亚热带温润气候区，四季分明，季风显著，雨量充沛。日照充足，年平均气温14.9℃，历年最高气温38.6℃，最低气温-15.3℃，年平局降水量992.6mm，最大降水量1438.1mm，最小降水量639.3mm，年均蒸发量为1374.1mm。通过近几年的运行情况了解，宝金工厂近年来经常会遇到连续阴雨、大雾天气。在连续阴雨、大雾天气状况下，自洁式空气过滤器会经常出现阻力大于40mmH2O,甚至严重超标的情况。为保证装置正常运行，空气过滤器二级门需经常打开，导致大量空气不经过一级过滤器除尘后直接进入二级过滤器后进入空压机,导致空气过滤器运行效果不佳。
五、应吸取的教训
（1）我们南方沿江、沿海或多雾的地区相对湿度较大(>80%)，在过滤器的选型上，滤筒滤纸的选配要适合当地气候条件。一般在选型上要增加实际处理气体的富裕量(应增加1～115倍)。滤筒的滤纸要选用复合纤维材料(20%聚酯+80%木浆纤维)或其他抗拉强度大、挺度高的防水型滤纸。
（2）空分设备一般提供的反吹气源压力偏低(为0.47MPa)，特别是在相对湿度很大时，要提高反吹自洁的效果应提高反吹的压力。理想的反吹压力可提高到0.75～0.85MPa，并用干燥的氮气或空气进行反吹，自洁效果比偏低压力时的反吹可提高1倍以上。若采用设置就地小空压机增加反吹压力时，应注意在冷却器入口配置疏水阀等必要的附件，以滤除反吹气源中的杂质及水气。
（3）增大储气筒、反吹管的直径和容量，使反吹时的反吹压力稳定，减小压力波动。储气筒增大到159mm×6mm以上(也可增加1只3～5m³的缓冲罐)。反吹管、隔膜阀的直径增加到38.1mm，同时每只阀控制反吹滤筒的数量应在5只以下，以增加反吹的力度和效果。
（4）调节编程控制仪，适当增加脉冲宽度，从0.1～0.15秒增加到0.25～0.4秒。缩短脉冲间隔(控制在10～15秒)，使反吹循环的周期缩短。
（5）更换部分滤纸严重受潮的滤筒(拆下的滤筒烘干处理后可再次使用)。
（6）在连续大雾天气时,把自洁式空气过滤器的四周用复合纤维无纺布或彩条布(也可用捕雾丝网，但成本较高)围起来。
（7）压缩机的叶轮及隔板结疤较快,严重影响打气量和转子的动平衡,需经常揭盖清理。
六、结束语
通过以上的分析和处理，可以得出结论：因空气吸入口过滤器过滤效果差，造成粉尘在转子上不均匀沉积，破坏了转子动平衡，表现为振动值随着运行时间的延长而逐渐增大。对经常发生连续阴雨、持续大雾等特殊天气的地区可根据不同的气候特点，在配套选用自洁式空气过滤器时应加放足够的处理空气富裕量，选用合适的滤料滤筒，提高和稳定反吹自洁的压力，并采取合理的控制、调节措施，可以避免自洁式空气过滤器阻力增加过快或持续超高的情况发生，并延长滤筒的使用周期，降低运行成本，保证空压机的正常运转。