空分装置离心式压缩机组振动原因分析及改进措施
摘要：简介了我厂3000m3/h空分设备H220-9.5/0.95型离心式空压机结构
特征、性能参数和运行中发生的故障情况，介绍了轴瓦振裂、叶片断裂、齿轮传动、齿面点蚀、剥落的现象，并分析了原因，阐述了采取的处理措施和解决办法，解决了机组长期振动的难题，为同类型离心式压缩机的检修装配及振动分析提供参考。
关键词：离心式压缩机 轴承 齿轮啮合 润滑 安装精度。 1 前言
我厂空分装置的H220-9.5/0.95型离心式空压机组是向全厂生产装置供氮的重要机组。机组自投用以来，先后发生轴瓦损坏、叶片断裂、齿轮损坏等故障。为了使机组能安、稳、长、满、优地运行，我们将近年来发生的故障情况进行分析、对比，找出影响因素，提出相应措施，确保机组长周期安全运行。 2 设备概述
该空压机组为四级压缩，由电动机通过齿轮式联轴节带动大齿轮轴旋转，大齿轮通过与Ⅰ—Ⅱ级叶轮轴和Ⅲ—Ⅳ级叶轮轴上的小齿轮啮合，带动两轴旋转并增速；每根转轴上的两个叶轮各以该轴的小齿轮为中心对称分布，以克服机组运行中的轴向力；整个机组又以电机-大齿轮轴为中心对称分布。机组结构如图1
图1
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该机组由一台1240kw电机驱动，电机转速为1489r/min; Ⅰ—Ⅱ级转子转速为15095 r/min，Ⅲ—Ⅳ级转子转速为19033 r/min。压缩机缸体采用水平剖分结构，迷宫密封。大齿轮轴采用圆柱轴承，两小齿轮轴采用椭圆轴承，材料为25﹟钢，轴瓦衬料为巴氏合金。 3、故障概况
该机组自投用以来，先后多次因轴振高而被迫停车，现将其故障情况列于表——1中。
表——1空压机组故障概况
序号 发生故障设备 1 C—602A 损坏部位 损坏情况 Ⅰ、Ⅱ级轴瓦 上瓦严重磨损，巴氏合金剥落 大齿轮齿面 Ⅰ级轴瓦 Ⅰ级叶轮 齿面严重点蚀 巴氏合金剥落 叶片碎裂 2 C—602B 3 C—602B Ⅰ、Ⅱ级轴瓦 上瓦严重磨损，巴氏合金剥落 4 C—602A Ⅰ级上瓦，Ⅳ巴氏合金剥落 级下瓦，迷宫密封擦伤 密封 5 C—602B Ⅰ、Ⅱ级轴瓦 上瓦严重磨损，巴氏合金剥落 大齿轮齿面 Ⅰ级叶轮 齿面严重点蚀 叶片振裂
从表中我们可以看出机组故障频繁且多发生在轴瓦上，各级振动值的水平方向均高于垂直方向。机组每次解体后均发现Ⅰ、Ⅱ级叶轮流道表面粘集大量铁锈色尘垢。
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4、原因分析
4、1 椭圆轴承的油膜涡动
油膜涡动是以滑动轴承为支撑系统的转子常见的一种失稳现象。转子涡动时，不仅绕其轴线旋转而且轴线本身还在空间缓慢回转，特征频率约为转轴本身转速频率的一半。振幅小的油膜涡动会引起零件疲劳、松动、瓦面龟裂；振幅大的油膜涡动会演变成油膜振荡，引起动静部件摩擦、转子弯曲、瓦面碎裂等。该压缩机轴承为双油楔椭圆轴承，安装刮研时采用大小样轴处理，油膜形成处的轴瓦曲线和轴承顶、侧间隙，由于人为手工刮研容易在实际安装过程中造成轴瓦形线偏移或椭圆曲率不和谐等结果，从而加大了油膜涡动的形成。 4、2 齿轮的啮合不良 4、2、1 载荷的影响
齿面因交变应力接触导致金属疲劳点蚀或剥落，这是闭式齿轮传动主要失效形式之一，点蚀和剥落的存在往往会导致齿面的磨损，从而影响齿轮传动的精度和寿命，甚至会引发断齿。轮齿工作时，齿面接触应力是按脉动循环变化的，若齿面接触应力超过材料的接触疲劳极限时，齿面表层在载荷的多次重复作用下产生细小的疲劳裂纹，通常于轮齿节线以下开始点蚀。这种麻点形成应力的增高，导致麻点间的金属疲劳，引起齿廓破坏。抗点蚀主要与齿面硬度有关，载荷越大越易产生点蚀和剥落。在实际运行中，由于轴承损坏或轴弯曲以及正常或非正常原因多次启停，压缩机组瞬间或因系统运行不稳定，使压缩机的负荷发生急剧变化和环境工况变化较大时，齿轮会不断受到强烈冲击，使轮齿载荷严重集中，局部应力过高，导致齿面点蚀及至失效。
4、2、2 润滑油的影响
实践表明，齿轮齿根部分的齿面最容易产生点蚀。其原因在于此
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部分齿面滑动率低裂纹容易产生，而润滑油进入裂纹后被封住，产生很大压力使裂纹进一步扩展。一般而言，润滑油的粘度对点蚀和剥落的影响很大。通常情况下稀薄的润滑油比黏稠的润滑油更易浸透到裂缝中去，造成裂缝扩展。黏度大的润滑油缓冲吸震性强，容易建立承载油膜。所以润滑油的黏度越高，其油膜越厚表面微凸体相互作用越小，表面抗点蚀和剥落能力越高。在本例压缩机中，根据轴承与齿轮传动润滑的需要，润滑油的设计供油温度为35℃--45℃之间，大齿轮与两高速齿轮的啮合润滑方式为从啮出侧喷入润滑油的喷溅润滑。3级—4级侧由供油管道直接供给，而1级—2级供油由供油管道进入，通过箱体内的供油孔供给。供油孔与机壳蜗壳距离较近，蜗壳内的气体温度为120℃--140℃，影响到润滑油的供油温度，造成润滑油黏度降低，使齿轮表面的抗点蚀能力下降。 4、2、3安装使用的影响
现场安装技术不规范，测量仪器不完备，通过手工刮研轴瓦巴氏合金和瓦背来调整轮齿啮合，都会造成安装质量不稳定，达不到齿轮安装技术要求和质量标准。例如：齿轮轴中心线的水平度、平行度、中心距、轮齿啮合间隙、接触面积以及轴承安装不合格等原因。 4、3转子不平衡振动的影响
在离心式压缩机中，常由于转子材质不均匀、结构不对称、加工和装配误差、叶轮积垢不均匀等原因产生质量偏心。当转子旋转时，质量偏心的不平衡力将激起转子振动。压缩机停车解体后，经常发现Ⅰ级叶轮流道中粘集了约三毫米厚的铁锈色尘垢，重量在400克左右，它是由大量灰尘、水蒸气在高温、高速旋转下形成的。这种尘垢在高速运转中一旦出现脱落或分布不均，便可导致转子不平衡，这是转子不平衡的根本原因。Ⅰ级叶轮叶片有两片被振裂，碎片脱落飞出，这是由不平衡产生的强振造成的，反过来加重了转子的不平衡。
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对尘垢产生的不平衡力的计算：轴承和轴除了必须吸收和传递本身的质量之外，还要吸收和传递一个在高速时比转子重量大得多的一个旋转力，这个力被称为离心力。它正比于转速的平方。其大小可由下式计算：
F = MV2/r = Mrω2 = 4π2Mf2r
式中M——不平衡质量（W/g） r——不平衡质量所处半径(m) ω——角速度 （I/S） f——转动频率 （Hz）
如果不平衡质量为0.05Kg，半径为10㎝，转速为15095r/min,
则不平衡力为： F = 4π2Mf2r
= 4×3.142×0.05×251.52×0.1 ≈ 12.4kN
这样大的离心力加在转子上，使转子每转一周就以同样大的力离开它的平衡位置一次，对转子产生极大的振动。这么多灰尘和水汽由何而来呢？经仔细检查得知，是设置在露天下进风口的袋式除尘过滤器过滤效果差以及段间冷却器疏排水能力低造成的主要原因。 4、4密封及间隙动力失稳产生的振动影响
高速旋转机器中的叶轮及密封装置，由于密封压差及高转速在转子与定子小间隙处容易产生较大的激振力，导致转子失稳，发生异常振动。梳齿密封中，梳齿前后的压力为P0及P2，P0大于P2，密封腔内的压力P1取决于P0、 P2及密封齿隙δ1δ1（见图2）
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某空压机检修方案概要
