转子动平衡对离心压缩机性能的影响.doc

《燕山石化公司2012科技论文第      号》

转子动平衡对离心压缩机性能的影响

孙方闻

北京燕山石化公司运保中心第五作业部
2012年11月20日

摘 要 本文根据热力厂第一热力车间一部空压站2#离心式空气压缩机一级振动值偏高导致联锁停车的故障现象，对本台设备进行解体检查。发现一级叶轮有损坏现象。据此有针对性的对机组进行检查和处理，使压缩机的工作状况得以改善。文中简单介绍了离心式压缩机的工作原理，并且剖析了设备产生故障的具体原因及处理方法。
关键词 离心式压缩机；叶轮；动平衡；分析，处理

1 问题的提出
热力厂第一热力车间一部空压站3台压缩机均由韩国康普艾公司制造，型号为WB1200，形式为离心式，排气压力0.8MPa，打气量9000Nm3/h，转速2590RPM，该设备是给热力厂第一热力车间一部CFB锅炉提供压缩空气的专用设备，运行模式为两用一备。
本次检修的原因是该空压站2#空压机于2011年12月6日凌晨12点一级振动值达到42μm导致联锁停车。空负荷试车发现一级振动值依然超标，导致振动联锁动作，致使2#空压机不能正常运转，在排除仪表方面存在的问题后，怀疑转子动平衡有问题。因此对空压机入口进行了拆检，结果发现一级叶轮叶片损坏，决定对其进行解体检查。

2 离心式压缩机工作原理及主要部件简介
2.1离心式压缩机的工作原理
气体在压缩机中受离心力的作用，沿着压缩机轴的径向方向流动，成为离心式压缩机。在分析离心式压缩机的结构时，通常将转动部件（包括主轴、叶轮等）总称为转子，不转动部件（包括机壳、隔板等）总称为定子，将扩压器、回流器、吸气室等称为固定元件。气体在机内的流动过程是：电机通过主轴带动转子叶轮高速旋转，叶轮的入口产生低压将气体经吸气室吸入，并随叶轮一起旋转，然后在离心力的作用下被甩出，同时机外空气又源源不断被吸入，保证了气体在机内的连续流动。被叶轮甩出的气体的压力、速度和温度都有提高，压力势能和动能大大提升，在后续的扩压器中流动时，气体的速度降低，压力进一步提高，即部分动能转变为压力势能。这样气体每经过一个叶轮组件压力就升高一次。此时扩压器出来的气体通过弯道和回流器，进入下一个叶轮继续进行压力的提升。由于气体在压缩过程中温度要升高，为了节省压缩功耗和防止气体温度过高，气体经过几级压缩后需要进入空气冷却器进行冷却，气体降温后再继续压缩。
2.2叶轮作用的介绍
叶轮高速旋转对气体做功，使气体产生离心力获得能量。所以叶轮是离心式压缩机最主要的一个转动部件，其结构形式直接影响压缩机的性能和效率。此压缩机为半开式叶轮，没有轮盖，可提高转速。
2.3轴承作用介绍
轴承分为径向轴承和止推轴承，径向轴承对转子起支撑作用；止推轴承的作用是承受转子的轴向力，阻止转子的轴向窜动。该压缩机径向轴承为可倾瓦块式，内表面有巴氏合金。轴承是离心式压缩机的一个重要部件。轴承性能的好坏对保证机组稳定正常运行具有重要作用。

3.检查结果
解体检查发现：
1、 一级叶轮叶片有损坏不完整，经检测发现还有两条裂纹。（见图1）

图1 一级叶轮
2、 一、二、三级扩压器导流盘都有不同程度的损坏，甚至有导流叶片脱落的现象。各级导流盘原有导流叶片9片，目前二级剩余6片，三级剩余4片。（见图2）

图2 二级扩压器导流盘

3、 各级轴承轴瓦均存在烧瓦现象。（见图3）

图3 三级轴瓦
根据检查结果发现，本台设备振动值偏高导致联锁停车的直接原因为：入口过滤网焊接处开焊，空气中固体颗粒难免进入机组损伤叶轮及导流盘叶片；此台设备就有叶轮叶片不完整的重大问题，致使排列不能对称，破坏其动平衡，产生振动；因为叶轮失衡，会造成轴承与主轴间隙改变，当间隙过小时则会产生烧瓦现象，导致轴瓦有局部过热痕迹，并且损伤转子；另外，压缩机加载卸载过于频繁，也会减少机组使用寿命。

4分析结果及处理措施
1、由于叶片有损坏不完整，影响动平衡，导致转子报废，不能使用。该压缩机近期，入口导叶开关动作频繁，导致压缩气体的进气量不断变化，所以气体中的固体颗粒对压缩机转子尤其是叶轮冲刷严重，这是造成叶轮损坏的主要原因。另外，检查发现各级进气室、导流体腐蚀严重，金属氧化物脱落，进入级间冷却器，而冷却器芯子密封条腐蚀严重，金属氧化物很容易带入下一级，损坏转子。
处理措施： 更换备用转子，重新清理、测量、做动平衡。回装时测量的叶轮与导流锥间隙如下（见表1）。
表1 叶轮与导流锥间隙
位置
一级（mm）
二级（mm）
三级（mm）
参考值
0.508-0.762
0.432-0.61
0.355-0.457
实测值
0.523
0.543
0.385
垫片插入量
0.59
0.57
0.41

2、扩压器导流盘损坏。分析为导流盘遭到气体连续冲刷，腐蚀严重，造成损坏。入口锥型过滤网连接处开焊也是造成扩压器导流盘损坏之一。由于压缩机入口压力低于大气压力，空气中的杂质难免通过入口进入机组，损坏内部零件。
处理措施：对入口锥型过滤网连接处进行补焊；对各级导流盘进行测绘，由厂家制造，全部更换，回装时测量数据如下（见表2）。
表2 各级扩压器与叶轮间隙
测量位置（标准数据）
单位
测量数据
一级扩压器与叶轮的间隙（1.016）
mm
0.99
二级扩压器与叶轮的间隙（0.762）
mm
0.73
三级扩压器与叶轮的间隙（0.508）
mm
0.64
3、各级轴承的轴瓦均存在烧瓦现象。主要原因是二级转子的径向轴瓦间隙过小，仅达0.018mm，使轴瓦与轴产生局部摩擦，造成烧瓦，影响轴承的使用寿命。
处理措施： 由于轴瓦上的巴氏合金没有明显脱落现象，清理、打磨后回装，调整轴瓦间隙，调整后数值如下（见表3）。
表3 轴与轴瓦间隙
位置
一级
二级
三级
主轴
测量值（mm）
0.09
0.10
东侧
西侧
东侧
西侧
0.11
0.12
0.10
0.09

5、结论
本文对离心式压缩机振动值偏高的原因进行了分析，造成离心式压缩机振动值偏高的原因还有很多，本文仅以热力厂第一热力车间一部空压站2#机为例，将现场检修实际情况作为理论基础，根据运行时采集的数据和设备状况的分析，进行了修复处理。分析了转子对离心式压缩机振动的影响，找出其振动大的原因。
综上所述，离心式压缩机振动值高的主要原因基本可以总结为：1、轴承、叶轮、导流盘等零件严重磨损或腐蚀2、压缩机转子动平衡被破坏；3、轴承间隙过小等。

1月17日试车。试车数值记录如下：
一级振动(μm)
二级振动(μm)
三级振动(μm)
二级入口温度(℃)
三级入口温度(℃)
系统压力(MPa)
电流
（A）
13.2
6.5
5.2
29
31
0.8
87.9
运行一段时间后，机组运行参数正常。经过处理，压缩机稳定的运行状况说明处理方案可行。

参考文献
[1] 石油化工职业技能培训教材《机泵维修钳工》中国石化出版社，2007.
[2]李超《化工机械与设备概论》 中国石化出版社，2010
[3]刁玉玮 王立业 喻健良《化工设备机械基础》 大连理工大学出版社，2006