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摘 要:空压机在采矿,机械制造,化学,是有等各个领域都有着广泛作用,本车间采用的是SVK20-3S型压缩机,2010年中旬,对5#空压机进行试车的过程中,出现了在停机时一,二级轴振动现象并要重超标。在之后的试车实验中又一次出现了三级轴振动超标现象。针对前两次试车过程中出现的问题,根据多年的实践对该机组合的过程进行了详细总结,分析了振动值过大的原因,并对出现的轴振动现象的原因进行了仔细分析。
关键词:空压机 停机 振动 叶轮 轴 临界转速
引言:压缩机是的高效性以及适用介质广的特点在各个行业中广泛应用,离心压缩机是一种叶片式机械,它的工作原理是利用叶片与气体的相互作用提高动力实现气流减速。压缩机主要由转子,定子和辅助设备等组件构成,转子是由主轴以及叶轮等构成。压缩机在生产中有重要的作用,因此对压缩机的振动故障诊断与预防的重要性不言而喻。
一、简要概述
在污水一车间中,5#空压机的制造商是沈阳鼓风机厂,该机型号为SVK20-3S型压缩机,该机组分三级压缩,图一所示为该机组的简单结构图。
图一 机组结构简图
该机组内的叶轮结构是65°三元后弯式叶片,叶轮在蜗壳室内旋转,蜗壳室呈封闭式,该机组的蜗壳是一种焊接机构,并将其制成紧凑型结构,不可对其进行结构剖分,叶轮的这种特性曲线就是为了示出明显的压力高,达到喘振的限制点,这样就保证了压力能被控制在一个稳定的范围内。该机组的齿轮组是由两个小齿轮以及一个大齿轮组成,两个小齿轮被驱动。空气以及油密封采取的是迷宫密封方式,径向以及止推都是采用的可倾瓦块式轴承,该机的轴功率为2108KW,流量300Nm3/h,其具体的参数性能见表一。
表一 压缩机主要性能参数
项目 参数
轴功率 2108KW
介质 空气
流量 300Nm3/h
入口压力 0.0925MPa
出口压力 0.8MPa
一级入口温度 30℃
二级入口温度
三级入口温度
送气温度 40℃
大齿轮转速 1485r/min
一二级齿轮转速 21353r/min
三级小齿轮转速 28148 r/min
该机组从安装运行到目前多年来,从2008中旬年进行过一次大修过程,改修后系统运行稳定,机械性能以及其工艺性能据表现良好,能高质量完成工作。在机器在超负荷的工作条件下,机组的各个点震动都平均小于30μm,表现良好。在2010年下半年再次进行大修过程,并于7月4日进行试车运行,15:45完成试车运行,机组各个参数正常,试车运行过程良好。17:48进行停机,在停机过程中发现机组在停机后的振动开始明显严重,振动情况严重超标,对其振动值进行观察,发现一级,二级振动值都超过了100μm,三级振动值是27μm左右,四级振动值为15.6μm。5#空压机停机振动趋势图如下图二所示。
图二 5#空压机停机振动趋势图
上图所示为在本次停车过程中采集的有关振动趋势图,根据各个机组的设计不同,在同停机过程中出现短时间的较大振动是正常现象,但是机组在停机过程中出现振动值远远超过标准值的现象还是不常见的,一二级的振动标准值是66.5μm,三四级振动标准值是57.9μm,根据本次运行过程数据发现其故障,并对该现象进行分析。
二、检修过程分析
该机组在购进到第一次检修之前运行状态良好,运行稳定;经过第一次大修过程,该机组仍然运行稳定,在试车实验停机过程中没有出现振动异常现象;但是本次检修后机组发生振动异常现象,这对检修过程对其进行详细分析。
在检修过程中发现了机组出现以下异常情况,具体情况如下图三所示:
图三:检修图示
机组其余各轴瓦间隙良好,各轴平行度、中心距在允许范围以内,一级轴瓦瓦背和定子齿轮箱壳体之间的间隙偏大,一级油封受到磨损,叶轮与形环各处间隙不均匀,叶轮有四片大叶片、三片小叶片有翻边现象,其中有两片大叶片翻边严重。四个叶片中2、3号大叶片翻边最为严重,有1-2两毫米的翻边现象,详细情况如下图四所示。
图四
本次检修过程中对1级油封进行了更换,对各个间隙间的进行了调整,调整至规定范围,但是在停机过程中出现了振动严重超标的现象,这种情况的出现说明了形环与叶轮在停机的过程中,由于振动过大导致了两者的刮蹭现象。通过分析,各轴瓦处的平行度以及交叉度等都在标准范围内,只有轴头处由于叶轮的拆装等工作需要,专门的工作人员对其进行拆装,因此无法对其进行现场检测工作,转子的形式如下图五,六所示。
图五:一、二级转子
图六:三级转子
对机组返厂检测后发现,一、二级齿轮振动值为在0.04-0.08毫米内,三级齿轮轴轴头振动值为0.06毫米,两推力盘间隙值是0.29毫米,在对其打表检查时发现一级轴头发生弯曲现象。
对一、二级轴进行反产维修后,对整机进行平衡处理。检修完成后在本厂车间进行试车实验,发现一、二级轴停机时振动值在标准振动值范围内,但是三级轴却出现了类似的停机时振动严重超标现象,在这种情况下不得不将三级轴撤下返厂检修,在检修过程中发现三级轴轴头出现弯曲现象。并对其进行平衡修复,于7月7日的试车实验中运行良好,停机振动值都被控制在正常范围内。
三、原因分析
临界转速是指高速旋转机械开机以及在停车,在这个过程中经过一个转速附近时,系统的支撑系统就会出现,明显的振动,这个转速被称为临界转速。临界转速在数值上和转子横向振动的固有频率相当接近。因此在开机停机的时候设备穿过一阶固有频率的时候自然就会产生很大振动,此时转速继续上升,由于自我定心现象的存在,叶轮和转自都围绕质心进行转动。
四、影响转子振动特性的因素
从该设备的检修过程分析来说,机组的振动是由轴头弯曲,从而致使叶轮的偏心度增加,引起临界速度的下降,进而造成挠度增加引起的。机组在开机过程中的速率很快,但是停机过程中降速过程很慢,此时就会导致速度处于临界转速时间长,振动尖峰区域非常明显,在对设备进行平衡,轴的同心度校正后机组设备运行恢复正常。
机组的自激振动,指的是转子在转动的过程中由于摩擦作用,导致气流的不均匀以及油膜的不稳定,进而造成的振动,突发性强,破坏力大。
振喘作用,如果气体流量过小,压缩机就会出现这种现象,造成机组明显的振动,还会引起噪音。
转子的不平衡,在各种空压机中,转子的不平衡是不能消除的,转子的不平衡也会造成转子振动。
五、减少振动的措施
在机组运行过程中要对其进行降温处理,保证轴振动值不增加;对系统的负荷状态保持稳定,及时地检查和更换过滤网,保证正常油压;防止空气中带水,要适当增加油品的分析指标满足轮滑的要求减少振动。
六、总结
机组在停车过程中出现振动值超标现象极为明显的原因是很多的,比如设计的不合理,制造时间、装配问题,或者研发的工具不科学等。因此在今后要保证出厂产品的质量,对转子、大齿轮等组件要确保质量,安装过程严格按照要求进行,定期对设备进行检修维护
参考文献:
[1]倪振华.《振动力学》
[2]安胜利.转子现场动平衡技术[M].国防工业出版社,2007