張 玲

（中國石油遼陽石化分公司設(shè)備監(jiān)測中心，遼寧遼陽 111003）

0 引言

石化企業(yè)中廣泛使用高速、高壓離心壓縮機等旋轉(zhuǎn)機械，為了提高這些關(guān)鍵機組的工作效率，設(shè)計人員往往會把軸封、級間密封、油封間隙和葉片頂隙設(shè)計得比較小，以實現(xiàn)減小氣體泄漏的目標(biāo)。但是，過小的間隙不但會引起流體動力激振，還會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子與靜止部件間發(fā)生摩擦。一般情況下，部件間摩擦碰撞的初期會產(chǎn)生很大的振動，機器末停車解體檢修之前找不出振動的根本原因。因此，必須掌握摩擦激振的故障特征，以便及時、準(zhǔn)確地對這類故障做出精準(zhǔn)診斷，避免更大事故的發(fā)生。

1 摩擦的概念

摩擦是旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件之間的非正常接觸。通常，軸承會阻止機器的旋轉(zhuǎn)部件接觸靜止部件。當(dāng)機械零件移動到間隙縮小的位置，或者振動越過間隙時，便會在非軸承的位置發(fā)生接觸，這時動部件和靜止部件將發(fā)生摩擦。接觸期間，摩擦?xí)D(zhuǎn)子的運動產(chǎn)生限制。摩擦?xí)佑|的部件造成直接損害。損害的程度各不相同，從機器的輕度損壞（輕微的摩擦造成）到完全破壞不等。

摩擦總是一種由其他故障導(dǎo)致的繼發(fā)效應(yīng)，這種故障使平均軸心位置和軸心動態(tài)位置相疊加后超過轉(zhuǎn)子和定子之間的可用間隙。由翹曲的機殼、管道應(yīng)變、地基問題、溫升不均、鎖住的齒式聯(lián)軸器或內(nèi)部零件錯位導(dǎo)致的徑向載荷過大、松動及外部或內(nèi)部不對中，都會導(dǎo)致出現(xiàn)極限平均軸心位置。由過度不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲或失穩(wěn)導(dǎo)致的大幅振動，也會導(dǎo)致出現(xiàn)極限軸心動態(tài)位置。即使振動沒有達(dá)到極限，也會在平均軸心位置附近作動態(tài)運動。只要轉(zhuǎn)子的瞬時位置越過可用間隙，摩擦就會發(fā)生。

當(dāng)實際摩擦/定子接觸發(fā)生在振動周期的一小部分時，稱為局部摩擦。當(dāng)接觸發(fā)生在整個振動周期內(nèi)且具有連續(xù)性時，稱為全周摩擦。局部摩擦是最常見的摩擦表現(xiàn)形式。局部徑向摩擦是最常見的摩擦形式，通常可分為兩類：正?！o密和正常—松動。

在正?！o密摩擦中，機器轉(zhuǎn)子通常運轉(zhuǎn)在無約束條件下。當(dāng)轉(zhuǎn)子接觸軸承壁、密封圈或其他某個零件時，就會受到約束，或者說處于緊密狀態(tài)。由于轉(zhuǎn)軸的自由運動受到限制，因此轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度會增大。正常—緊密是局部徑向摩擦最常見的形式。

正?！蓜幽Σ潦菣C器中松動的表現(xiàn)形式。在這種情況下，轉(zhuǎn)子通常運轉(zhuǎn)在約束條件下。在某一時刻（通常由于大幅振動所致），轉(zhuǎn)子會擺脫約束而進人松動狀態(tài)。磨損的軸承或松動的支撐結(jié)構(gòu)會引起正?！蓜有袨椤Ｈ绻D(zhuǎn)子在軸承壁附近正常運轉(zhuǎn)（由于受到軸承約束，可能在底部附近運轉(zhuǎn)），并且轉(zhuǎn)子振動達(dá)到能夠動態(tài)地使轉(zhuǎn)子完全脫離軸承約束的程度，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的彈簧剛度將減小，從而導(dǎo)致振動響應(yīng)發(fā)生變化。此外，松動的軸承座還會使轉(zhuǎn)子和軸承抬起或與軸承座失去接觸，從而導(dǎo)致軸承座的剛度突然減小。當(dāng)轉(zhuǎn)子在振動周期的某一時刻重新接觸軸承或軸承座結(jié)構(gòu)時，會發(fā)生正?！蓜幽Σ痢？諝鈮嚎s機概貌如圖1 所示。

圖1 新鮮空氣壓縮機

2 C2102 空氣壓縮機檢修、運行狀態(tài)分析

2011 年11 月1 日C2102 空氣壓縮機機組停機檢修，對高壓缸入口、出口端軸瓦進行檢查、清洗、回裝。經(jīng)檢修合格后，11 月5 日壓縮機啟機試轉(zhuǎn)，測得高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y共4 個測點振值最大值為39 μm（二取二，報警值55 μm，聯(lián)鎖值66 μm），機組運行正常。

3 月21 日2：03，該機組工藝未做任何調(diào)整，高壓缸兩端P2701X/Y 和P2702X/Y 共4 個測點振值均發(fā)生突然改變，P2701X/Y 測點振值增大，P2702X/Y 測點振值減小，振值改變前伴隨有輕微波動現(xiàn)象，高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 測點振動趨勢如圖2 所示。

圖2 高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 測點振動趨勢

經(jīng)現(xiàn)場測試診斷，高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 共4個測點頻率成分均為工頻，高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y測點頻譜如圖3 所示，結(jié)合該機組以往檢修及運行情況，通過以上振動數(shù)據(jù)分析認(rèn)為引起高壓缸高振動的主要原因是：高壓缸兩端油封處存在輕微磨碰故障、高壓缸入口端軸瓦支撐剛度薄弱（存在瓦間隙不良、預(yù)緊力不均、瓦塊質(zhì)量缺陷等問題）。建議對該機組高壓缸進行解體檢查。

圖3 高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 測點頻譜

4 月2 日，廠組織檢修人員對高壓缸轉(zhuǎn)子進行解體檢修，發(fā)現(xiàn)高壓缸出口端的油封有一根梳齒脫落立于軸上且變形嚴(yán)重，另一根梳齒角部變形，且伴有輕微積碳現(xiàn)象，高壓缸出口端油封損壞如圖4 所示，高壓缸梳齒掉落處與軸磨損如圖5 所示，發(fā)現(xiàn)高壓缸入口端軸瓦支撐剛度薄弱（存在瓦間隙不良）。于是檢修人員更換油封，調(diào)整高壓缸入口端軸瓦間隙。

圖4 高壓缸出口端油封損壞

圖5 高壓缸梳齒掉落處與軸磨損

2022 年4 月19 日，機組試轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)數(shù)升至14 794 r/min時，高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 共4 個測點振值監(jiān)測到最大振值為26.26 μm，機組運轉(zhuǎn)正常。充分驗證了高壓缸存在磨碰故障和軸瓦支撐剛度薄弱問題。波動透平驅(qū)動端軸瓦檢修前后振值對比見表1，高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 測點頻譜圖測點頻譜如圖6 所示。

表1 透平驅(qū)動端軸瓦檢修前后振值對比

圖6 高壓缸兩端P2701X/Y 與P2702X/Y 測點頻譜圖測點頻譜

3 結(jié)束語

對比檢修前后數(shù)據(jù)，高壓缸兩端端軸瓦振值明顯下降，整體運行情況良好，目前該機組已運行一周，運行參數(shù)平穩(wěn)，無異常。通過對現(xiàn)場大型壓縮機組發(fā)生積碳導(dǎo)致的磨碰故障的診斷證明故障診斷技術(shù)的有效性。