0  引言

  转子弯曲是离心压缩机出现概率较大的一类故障,对压缩机危害也非常严重,如果不及时发现还会诱发其他故障。转子弯曲的振动特征类似于转子不平衡,但如果了解其产生的原因,就会发现弯曲故障存在一定的规律性,从而可以及时发现或避免该故障发生的几率,准确判断故障的程度也有利于提出解决办法。

  1  转子弯曲的原因与矫直

  1.1  原因

  转子弯曲分为永久性弯曲和临时性弯曲两种,无论哪种弯曲,原因都是转子局部受附加应力作用。当该应力小于材料的弹性限度时,产生的弯曲是暂时的;当大于材料的弹性限度时就会产生永久性弯曲。具体地说引起弯曲的原因主要有以下因素[1-2]。

  (1) 设计结构不合理。

  (2) 制造原因,如材质不均匀,制造误差大。

  (3) 安装不合理,轴向间隙不足使其在组装运行时产生附加应力。

  (4) 运行时受热不均,局部膨胀。

  (5) 运行时动静件摩擦,摩擦产生的热量引起局部受热过大。

  (6) 停机检修时未及时盘车,未按规程检修,有较大负荷。

  (7) 状态劣化,转子热稳定性差,长期运行后自然弯曲。

  1.2  矫直

  矫直的实质是人为地在转子弯曲部位制造一个应力来减弱或抵消原有应力的作用,临时性弯曲不用进行矫直,可以通过延长暖机时间,调整升速、加负荷时间使转子回复到自然状态。轻度的永久性弯曲可以通过平衡矫正,严重的永久性弯曲通常通过以下方法来矫直[3]。

  (1) 局部加热法矫直,加热范围为轴向长0.10~0.15D,圆周向宽0.3D(D为轴直径),温度不超过500~550℃。

  (2) 机械矫直,用1~2kg锤子敲打捻棒矫直。

  (3) 局部加热机械矫直,即加热后在转子凸出部位施加外力矫直。

  (4) 热状态矫直,即松弛法,金属在高温下具有松弛的特性,在松弛状态下进行矫直,减少了应力的影响。

  前3种矫直方法,都会在轴的局部残存一些应力,转子在运行时,矫直部位残存的应力可能导致转子裂纹,对合金钢的转子尤其危险。第4种方法能有效地消除残存应力作用。

  2  转子弯曲的识别方法

  当前对故障的判断主要依据是振动信息,利用振动分析可有效地确定故障的范围。但光靠波形、频谱、轴心轨迹等还远远不够。因为故障常以多种形式(振动、温度、压力、噪声等)表现出来,只有综合考虑各方面的因素,才能找出故障根源[4-5] 。当转子发生弯曲故障时考虑是否有以下方面的特征。

  (1) 转子弯曲多在启机或运行时期工艺量改变后发生,因此在这些时刻要增加对压缩机运行状态的监测。

  (2) 振动随负荷、介质温度、流量、压力、油温等变化不明显。

  (3) 升速时,永久性弯曲在低速阶段振动幅值就比较高,临时性弯曲随转速升高逐步增大,但在某一转速下有一凹谷。

  (4) 时域波形为正弦波。

  (5) 频谱上特征频率为1×,伴随2×及高次谐波。

  (6) 轴心轨迹椭圆,进动方向为正进动。

  总之,要多方面综合考虑来确定转子是否弯曲,验证转子弯曲可以在转子拆卸下来后,通过对轴分段打表,看跳动值大小来判断,方法见图1。

  

  图1 转子弯曲判断方法

  3  转子热弯曲故障诊断

  某厂裂解气压缩机组,结构见图2,压缩机由汽轮机驱动,工作转速4720r/min,临界转速2850r/min。

  

  图2 机组结构图

  此裂解气压缩机在连续运转4年后到检修期拆机检修,运行期间状态良好。由于长时间运行,转子表面有结焦,用高压热水将结焦去除,考虑可能会引起转子不平衡,在平衡机上做完平衡后,重新安装开机,达到工作转速后测点1、2振动值,26min内不断上升,直至连锁停机,振动趋势图见图3。

  

  图3 测点1、2振动趋势图

  测点1、2的1×振动趋势见图4。在全过程中,振动的能量主要集中在1×,由于在检修期间已做完平衡,因此可以排除不平衡故障。

  

  图4 测点1、2一倍频趋势图

  观察图3中测点1在a、b时刻的波形图见图5。可看出在b时刻的波形出现了削波现象,这是动静件摩擦的表现。

  

  图5 测点1a、b时刻波形

  单一通过波形不足以说明出现了碰摩,图6是压缩机启机过程中,联轴器侧和非联轴器侧的轴心位置图。从轴心位置图上可看出,轴串动较大,两端串动方向相反,因此很有可能造成动静件的摩擦。

  

  图6 轴心位置图

  综上,可推断压缩机转子在启机过程中发生了弯曲,随着转速的上升,振动加剧,出现了动静件摩擦现象。从现场工作人员了解到启机前暖机过程未按规定操作,投入气体的时间也过早,为诊断提供了有力依据。为安全起见,拆机检查碰摩状况,发现第四级叶轮靠近驱动端密封存在轻微划痕,处理后重新安装按规程启机,并适当延长暖机时间,第二次启机运行,状况良好,设备投入运行。

  4  结论

  压缩机在运行的过程中容易发生诸如不平衡、弯曲、涡动等故障。目前关于这方面的理论与检测方法已经比较成熟,只有工程技术人员更多地利用振动特征,机组状况的非定量特征,不断地积累经验,这样才能更加准确有效地对设备运行趋势及故障类型进行判断,而且要对检修、开机、运行等进行规范,避免不必要的故障发生。