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H750型离心式空气压缩机转子振动原因分析及处理方法

2025-05-07 49 上传者：管理员

摘要：随着国内工业发展，离心式空气压缩机被广泛应用于化工、冶金、纺织、矿业、石油等各领域。相比于其他类型的压缩机，离心式压缩机因其效率更高、占地空间更小等优点而被广泛使用。本文简要叙述了我公司制氧厂一期装置6500 m3/h空分装置配套H750型离心空气压缩机组自2010年10月投运以来长期存在的运行故障，并对如何处理进行了阐述。通过技改解决该空压机组运行问题，并对技改效果做出总结，便于同行遇此问题能够快速有效分析及处理。

关键词：
压缩能耗大
技改措施
振动异常
离心压缩机组
离心式空气压缩机组
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离心压缩机组是一种技术密集型,制造难度高､加工工艺复杂的设备,必须拥有先进的专业设计制造技术[1]｡由于钢铁冶金和深冷空分装置不断向大型化发展,用户对压缩机组的能耗､可靠性､配套水平等技术指标的要求也越来越高｡

1、离心式压缩机组运行存在的问题

H750型离心式空气压缩机组于2010年10月在福建三宝钢铁制氧厂进行第一次试车调试｡启动运行后出现二级､四级轴振动测点超出报警值(>55μm),紧急停车后现场人员对此进行分析｡初步判断为电机与机组同心度偏差和轴瓦间隙过大造成｡通过对机组和电机对中复查,同轴度､偏差均在范围值内｡轴瓦间隙复查后各部间隙也控制在正常范围之内｡再次启动该机组运行2min后,二级､四级轴振动测点数值仍然超出设定报警值｡根据两次试车出现的故障并结合DCS画面振动曲线进行分析,初步判断通过加大各级轴瓦瓦背和瓦架过盈量(原过盈量≤0.05mm),缩小轴瓦和转子轴间隙(原轴瓦顶间隙量≤0.18mm)可以降低转子波动｡随后现场技术人员对该机组瓦背过盈量､轴瓦间隙进行调整并再次启动该机组｡各级轴振动测点数值在0.25μm~0.32μm之间波动(最高波动值≤0.55μm)｡

调整装配间隙后,该机组的转子轴振从2010年投入运行到2018年高频波动,一直也没有得到有效解决,每次检修也仅仅通过更换破损的轴瓦来维持运行｡频繁检修不仅加大检修人员工作量,同时还给公司带来经济损失｡为避免设备事故发生,机组在最极端的情况下一年内需要检修5次｡该机组压缩能耗也偏高,导致氧气产品的单位能耗偏高,电费居高不下｡

离心式空气压缩机组作为空分装置的原料机,其运行不稳定直接影响到装置正常生产,同时影响到公司下游各分厂的正常用气｡

2、离心式空气压缩机组运行问题分析

针对该机组运行时存在的隐患,现场设备技术人员多次组织相关技术､设备和运行人员对机组运行工况､振动曲线数据､振动频谱等进行分析,并咨询了多位设备专家,同时查阅资料,总结出造成H750型离心式空气压缩机转子轴振动的原因主要包括:叶轮制造工艺落后､叶轮转子轴不平衡､机壳变形､各级间管道内壁出现锈蚀和导流片角度偏差等[2-5]｡

2.1叶轮制造工艺落后

H750型离心式空气压缩机组叶轮､叶片的连接方式是通过人工将叶片焊接在轮盘上｡人工焊接固定的叶片和图纸设计要求在一定的程度上存在角度偏差｡人工焊接的叶片在焊接中电弧产生的高温会造成叶片不同程度的变形,叶轮的叶片圆周分布不均匀是增加振动的原因｡

2.2叶轮转子轴不平衡

机组在长期运行过程中受到气流冲刷,空气中夹杂的粉尘附着在叶轮上,造成叶轮在运行时轨迹变化,破坏动平衡,使机组转子振动增大｡

2.3机壳变形

该组机壳在运转过程中受到载荷作用,局部应力未消除的机壳在常温､静态下,机组中分面和瓦槽平行度的测量数据显示在规范要求范围内;未消除应力的机组运行时,随温度升高就会出现壳变形,热态下机壳变形导致同一个转子两个瓦槽在不同的水平面上,这是破坏机组与驱动电机同心同轴度的原因｡

2.4各级间管道内壁出现锈蚀

机组前端进口管道与各级间管道材质是Q235｡机组地处福建漳州市,该地区年平均降雨量为1453mm~1612mm,极端气候下相对湿度达到85%｡在此环境下机组运行时产生的大量冷凝水会造成机间管道内壁锈蚀｡管道内壁大面积锈蚀后,表层脱落的锈蚀颗粒随着空气中的粉尘附着在各级叶轮上,破坏叶轮动平衡而造成振动｡

2.5各级间进､出口管道预制安装不合理

该机组各级机间管道通过现场卷管焊接制作成型,工艺简单｡受现场安装空间限制,部分管道组装角度偏差比较大,气流在通过管道时摩擦力增大,出现气体乱流破坏叶轮离心力,导致振动产生｡

2.6导流片角度偏差

H750离心式空压机属于通用机型,可以实现6000m3空分装置配型机组,也可在6500m3空分装置上使用｡选用的扩压仓导流片在角度设计上既保证低气量通过又兼顾高气量通过｡因此,各级扩压仓导流片角度并不是最佳气流通过角度｡导流片角度偏差更会造成气流在管道内受阻,并带来气流压力损失,从而导致机组能耗升高｡

3、压缩机组改进措施

通过全面的技术交流并依据对该机组以上问题的分析,和业内专家多方探讨,决定对机组进行改造｡

3.1转子､叶轮重新设计加工

依据对机组排气量和排气压力的明确要求,重新制作1~2级和3~4级转子轴及各级叶轮｡机组多年的运行数据,给设计思路和设计参数选取带来了明确的方向,原机组转子､叶轮材质是20Cr13马氏体不锈钢,我们通过选型采购了40Cr13优质合金钢母材加工转子｡该材质具有高的强度和硬度,同时具有良好的韧性､塑性､耐磨性､耐腐蚀性和抗疲劳性能｡能够在高温和低温环境下保持稳定的机械性能[6]｡

叶轮的加工是通过专业的NREC软件结合先进的五轴联动数控铣床铣制而成,避免了人工焊接叶片造成的叶片变形;同时提高了气流通过叶片的顺畅程度,减少了气流与叶轮的摩擦;使空气速度能转化为压力能的效率提高,具有更理想的空气压缩效果,从而达到降低各级叶轮空气压缩能耗的目的｡

3.2机壳热处理消除应力

针对机壳变形可能造成的同轴度变化,采取将机壳在铸造厂进行正火全方位热态处理｡高温处理后温度回降至150℃时,通过合像水平仪对同轴的两级瓦槽进行热态平行度检测｡当同轴两级瓦槽偏差过大时,修整1~2级和3~4级瓦槽平行度,并控制在水平误差±0.01mm｡此方法有效避免了机组热态运行时轴瓦高低不平引起的同轴度变化产生的振动｡

3.3管道优化

通过管道更换消除颗粒物破坏动平衡,同时优化管道安装角度,避免各级空气流动时产生乱流｡原机组各级间管道材质是Q235,优化工艺管道时将原材质管道更换成06Cr19Ni10不锈钢管道,该材质管道可有效避免因空气湿度大造成的管道内壁锈蚀而产生颗粒物;管道改造时将原管道安装时产生的90°夹角管更换为不锈钢R=1.5D的半径弯头进行过渡,有效避免了因气流出现涡流､乱流对叶轮产生冲击而造成振动｡

3.4扩压舱导流片更换

H750型离心式空气通用压缩机组在同时兼顾大､小流量运行时存在弊端｡通过更换导流片使机组更适合6500m3空分装置适配机型｡拆除各级叶轮蜗壳内导流片,更换为全新设计的导流片｡新导流片通过数控线切割进行加工,同时每一片导流片进口端角延展角度加大5°后镶嵌在蜗壳内｡延展后的各片导流片之间形成通道扩展,加大了气流流通量,减少了气流阻损,避免了气流在扩压仓内受阻,同时提高了转子及叶轮做工｡

4、结论

通过此项技改方案的实施,到目前为止,该空气压缩机组已连续稳定运行五年,机组各测点数值均在设计范围内｡空气的单位压缩能耗明显降低｡现对技改效果总结如下:

(1)转子振动的平均检测值由原来的52μm下降为目前最高测振监测点数据(≤17μm)｡转子运行的平稳性得到了显著提高,间接减少了轴承和密封等易损件的故障损坏率｡

(2)在同等气量引入空分装置的前提下,该空气压缩机组的运行电流由原来的242A下降到现在的220A,压缩能耗得到了显著降低｡

每小时节约电耗:

(3)不仅机组能耗大幅度降低,还稳定了机组的运行周期,更有力地保障了空分装置稳定运行时给公司带来的经济效益｡

参考文献:

[1]王廷俊.气体压缩机在石化工业的应用和发展[J].通用机械,2005(03):8-10+16.

[2]B.里斯.离心压缩机械[M].北京:机械工业出版社,1986.[3]朱报祯,郭涛.离心压缩机[M].西安:西安交通大学出版社,1989.

[4]吴玉林,陈庆光,刘树红.通风机和压缩机[M].北京:清华大学出版社,2005.

[5]吴克启.透平压缩机械[M].北京:机械工业出版社,2003.

[6]濮良贵,纪名刚,陈国定等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006