变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计研究

变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计研究

李培根

珠海格力电器股份有限公司 广东省珠海市 519000

摘要：压缩机喘振是石油化工用离心式压缩机的一种较为常见故障之一。其主要原因是离心式压缩机在正常运行中如果其出力在低于极限出力时，压缩机会因为出力的突变产生喘振故障。所以，是否发生喘振故障与压缩机运行工况有着密切的关系。

关键词：变频压缩机；电机电磁；振动；噪声优化设计

引言

压缩机是石油化工行业重要的辅助设备之一。然而，若因故障而停运压缩机将对石化行业生产产生非常直观的影响。因此，有必要根据故障原因快速准确地诊断故障点和故障类型以便及时准确消除。振动故障是压缩机常见的异常现象之一，根据相关研究、检测和数据统计，压缩机组振动故障的可能原因主要来自2个方面：机械振动和流体运动，但在大多数情况下，它们是由机械振动引起的。在压缩机正常运行期间，其本内部及气体介质始终处于一个完全封闭的空间。因此，本体内部的噪音将会通过壳体壁或管道的振动反射出来。所以，在压缩机正常运行中出现异常机械噪声可视为压缩机振动的初步识别依据

1喘振的判断

压缩机在发生喘振故障时，其压缩机和管网的运行工况会体现出一些明显特征，具体表征如下：（1）压缩机与管网之间发生规则振动，伴有高低起伏噪声。若喘振现象严重时会伴有激烈的“轰鸣声”。（2）壳体和轴承振动强烈，振动不稳定，振动值时大时小，并伴有强烈的规律性介质流动的声音。（3）压缩机在发生喘振故障时，相应电机电流和功率显示发生波动。随着喘振强度加强，电机电流和功率波动频率更加频繁。

2振动故障原因

2.1转子不平衡

压缩机生产厂家在零部件、材质加工和设备安装、调试等过程中，由于各种原因难免会出现转子不平衡的问题，而导致转子在高速旋转中发生转子轴承的几何重心或质量重心偏离旋转中心。在转子旋转时，会由于转子旋转中心偏心度的存在致使转子产生一个周期性的离心力或离心扭矩。这个交变离心力或离心扭矩使轴承上承载的负载出现不平衡。基于上述不规则质量载荷和转子偏心，最终导致压缩机将产生机械振动故障。为了直观识别转子不平衡的问题，可以从以下方面分析：①转子设备的几何重心未设计在旋转中心轴上；②零件和旋转轴之间的错位增加了零件耦合表面之间的间隙。

2.2排气压力反常

排气压力反常通常表现为压力下降，排气量与既定范围不符，无法满足工作需求。造成这一情况的主要因素是活塞环出现十分严重的磨损或者气阀受到损伤发生漏气，所以如果发现排气压力不达标，需要立刻对气阀和活塞环开展检查，依据具体状况开展维修或者立刻更换。

2.3失速与喘振

旋转失速和喘振主要由气体的高速旋转过程中在叶轮表面发生分离引起。压缩机若发生低频振动也会出现类似的现象并与旋转失速和喘振引起的振动故障极其相似。因此，对于正常运行的压缩机旋转失速和喘振还需与低频振动加以区分。基于以上所述可以通过特征差异加以区分：压缩机旋转失速主要是由于进入叶轮的介质方向角与叶片入口角之间的偏差造成。因此，失速故障的特征是：在压缩机发生失速故障后，其流量始终在定值范围内；而扩压器和叶轮失速超过可控范围；气流在流道中以相反方向旋流，打破了内部压力的平衡。

2.4润滑油系统故障

（1）油压过低。造成油压过低的因素较多，主要包括以下几个方面：循环油的温度过高或者油位偏低，粘度不高；油管存在泄漏情况；油过滤器出现堵塞；主要的油泵入管由于油污过多出现堵塞；转子出现严重磨损，引起空隙变大，影响工作效率。处理方法：促进循环油量的增加，定期对油过滤器进行清洗或者更换，停机对油泵进行检查和维修，对空隙进行调整。（2）温度过高。造成压缩机润滑油温度过高的因素包括：曲轴、十字头、连杆等运送部件因为工作状态反常可能出现过度摩擦造成发热，从而使润滑油出现温度上升的情况；冷却系统出现异常；使用的润滑油质量存在问题，比如粘度、含水量等不符合有关标准，都会造成润滑部位发生异常摩擦；出现变质或者受到污染的润滑油，性能不满足技术条件，造成润滑工况不佳。

3变频压缩机电机电磁振动与噪声优化设计

3.1压力调节

在压缩机正常运行期间，如果排放压力高于设定压力，可通过入口流调节输出压力，或打开防喘振控制阀以释放部分气体介质压力。还可以安装旁通管，以保持通过回流旁通阀维持的排气压力，并将流量保持在规定的最小流量内，从而确保压缩机流量不处于喘振工况条件下。

3.2机组状态监测与保护

原压缩机控制系统状态监测采用Bently3300系统，该系统已停止生产，本次改造选择其升级产品Bently3500系统实现机组状态监测功能。每台机组分别配置一套Bently3500系统，现场传感器不作改造，信号经过安全隔离后接入Bently3500系统，在系统内进行振动位移值计算，并将振动位移值通讯到压缩机控制系统显示记录，联锁信号以硬接线方式接入压缩机控制系统，参与机组保护控制

3.3变频调速

当压缩机开始工作时，其初始负荷最大。此时，传感器将测量数据传输给可编程控制器（PLC），PLC通过计算将计算出的工作频率传输给变频控制器，以降低工作控制频率。因此，在压缩机运行时，PLC根据压差和流量减少发送信号，控制频率调整控制器降低控制频率，从而降低运行压缩机的转速，避免压缩机的喘振，减少能量损失。

3.4油膜振荡对策

（1）躲开油膜共振区，在设计时，此时压缩机的转速频率有意躲开转子一阶临界转速的2倍以上。（2）增加轴承比压：即改变轴承衬套工作面上的单位面积载荷。改变比压相当于改变轴瓦的转子偏心，使得轴承油膜不被破裂。（3）减小轴承距：减小轴承距，目的是在发生油膜的振荡时快速提高转子速度。（4）控制轴瓦预负载：如果预负载为正，即轴承衬套内表面的曲率半径大于轴承内圈的半径，这等于提高偏心率。（5）适当调整润滑油温：提高油温，降低润滑油的黏度，可以增加轴承转子的偏心，有利于保证轴承转子处于稳定运转中。

3.5合理控制防喘振安全裕度

根据离心式压缩机的性能曲线，在喘振线的右侧采用防喘控制线作为喘振调整器的设定值曲线，与喘振线之间的该区域是就是压缩机的安全裕度区域。这是正常压缩机运行期间实时流量和转速之间的比率。当压缩机工作点接近过喘振线时，喘振控制阀将自动打开，将工作点向右移动到安全裕度区域，从而有效避免喘振。

3.6转子不平衡故障识别及处理对策

（1）部分刚性转子的压缩机，运行期间为了消除其振动，还需要考虑当前转速是否接近转速的临界值。有必要通过瀑布图或载波图进行分析，以确定转子的固有频率，并检查其是否接近压缩机的临界转速。（2）当工频分量过大时，还应注意是否满足基础谐振，这必须通过相位分析进一步诊断。基础谐振使机组的每个点以相同的频率和相位运行，而不平衡引起的振动在沿旋转方向的每个点的振动中具有相位差。

结束语

离心式压缩机出现故障的概率较高并且诊断十分困难，因为设备管理人员要掌握维护内容和方法，通过具体情况进行故障的判断，找到故障出现的原因并进行及时的预防和维修，从而保证离心式压缩机的正常安全工作。

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