多轴式离心压缩机损坏原因分析

多轴式离心压缩机损坏原因分析

赵士军

新疆伊宁市伊犁新天煤化工有限责任公司  新疆 伊宁 835000

摘要：改革后，受社会发展的影响，带动了我国各行业领域的进步。本文针对多轴式离心压缩机因振动跳车，初次检查后设备二次启动发生叶轮叶片断裂事件。对压缩机进行解体，检查各级零部件的状态，通过对断口进行宏观和微观分析，找出根本原因是叶轮原材料中含有杂质金（Au）元素，同时压缩机运行过程中气流对叶片产生的机械疲劳共同作用，使得叶片发生断裂。在设备启动后，因叶片脱落导致转子平衡破坏，振动升高，造成叶轮与蜗壳摩擦后压缩机损坏。

关键词：压缩机；振动；叶轮；叶片

引言

离心压缩机是工业化生产中一种常见的气体压缩设备。近年来，随着科学技术的飞速发扎，离心压缩机因其可靠性高、体积小、质量轻等诸多优点而在航空航天、能源动力、石油化工及冶金等行业日益发挥着极其重要的作用。目前市场上流通的产品按齿轮轴的个数分为单轴式和多轴式两种。但随着工业化生产对压缩比的要求不断提高，两种离心式压缩机各自的缺点也逐渐在生产实践中暴露出来。于是一批先进的技术不断应用在两种压缩机上，取得了一定的进步。另外，近期国内外出现了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式，能够分别发挥各自的优势，整机性能明显提高，技术水平也达到了一个新的高度。

1压缩机分类

近年来，随着装备技术的飞速发展，离心式压缩机因其具有良好的可靠性、占地面积小等优点，在石油化工、煤化工、能源动力及冶金等行业被广泛应用于各种气体压缩。按照离心式压缩机的结构，压缩机可以分为单轴式和多轴式两种。早期，单轴式压缩机一般采用多级叶轮串联在一根轴上。单轴压缩机级效率较低，但随着技术的发展，通过改进结构设计，单轴式离心压缩机被逐步应用于高压比的环境中，如将冷却器对称地布置在机壳两侧，并与机壳铸成一体，这样气体经每一级压缩机后进入冷却器冷却，可以提高机组运行效率。多轴式离心压缩机通常有H型和M型两类。H型多轴式离心压缩机的结构形似“H”，是大齿轮带动2根小齿轮轴，而每根小齿轮轴2端各安装有1个叶轮，共四级叶轮。各级叶轮之间用管线和冷却器串联起来，实现近似等温压缩。M型多轴式离心压缩机有多个叶轮，由大齿轮带动多根不同齿数的小齿轮轴，使每根小轴得到不同的转数，并随着气体被逐级压缩，气体压力逐级升高，以获得高的出口压力。

2故障过程

SM6000型多轴式离心压缩机，在运行过程中发生二级振动高跳车，现场检查了压缩机的振动探头、变送器、IGV和BOV行程及响应速度、气体运行压力及工艺管道压力、润滑油温度及压力等工艺参数的运行曲线，未见异常，现场触摸屏无喘振等故障报警记录。在初步检查未发现问题后，对该压缩机进行无负载启动，在二次启动后压缩机二级振动仍较高，同时有异常运行声响，现场立即按下紧急停机按钮。通过对压缩机DCS数据进行分析，压缩机本次启动共运行6s，启动后二级振动一直较高，停车后一、二级振动值为黑值，6s运行时间内压缩机IGV和BOV阀门开度正常，各项压力及温度均未见异常。因压缩机启动有异常声音，同时振动探头黑值，现场对压缩机进行了解体，在其内部发现振动探头、气封、油封、轴承、叶轮等零部件均有不同程度受损，压缩机损坏比较严重。

3故障处理措施

为阻止机组振动故障继续扩大，消除运行隐患，及时对该机组进行停车检修，检查处理五、六级振动大的问题。经检查发现，五级叶轮口环与进气室轴向间隙处存在同一金属片，导致叶轮受到摩擦。

3.1多轴式离心压缩机振动故障预防措施

多轴式离心压缩机因其结构特点决定了其转子振动特点与传统单轴式离心压缩机转子振动有相同之处，但也派生出许多新的振型，多平行齿轮轴系统中的高速轴对其他转子振型有明显的影响，但各转轴振动更容易受以下三方面的影响：第一，多轴式离心压缩机因其结构特点，不适合变转速调节，因此大型空分机组中的增压机、低温甲醇洗装置中的二氧化碳压缩机都是定转速运行。机组经常启停会影响齿轮寿命，造成齿轮损坏，进而引发轴振动。第二，多轴式离心压缩机蜗壳与齿轮箱连接刚度小容易受到管道应力影响，因此其级间换热器支持弹簧和管道支吊架要始终处于正确的位置上，避免引起管道应力，从而影响机组振动。第三，由于多轴式离心压缩机的叶轮转速在1万r/min～2万r/min之间，齿轮的节圆速度在130m/s～200m/s之间，因此外部管道（气路、油路）及设备的吹扫和清洗是否彻底，对保障高速运转的叶轮和齿轮的安全极其重要，异物进入机组会导致设备损坏，进而引发机组异常振动。多轴式离心压缩机振动故障预防措施如下：第一，机组安装调试期间除了做好零部件清洗、装配，还要做好机组及其辅助系统的内外部清洁；安装检修期间做好对中、齿轮啮合、轴承安装调整、管道无应力安装等工作。第二，机组运行期间尽可能避免频繁地启停机和超负荷运行。第三，机组试车前及检修后需要对外部管道及相关设备进行彻底的清洗、清理。

3.2“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式

任何高压比多级离心压缩机都有高压段，高压段性能的优劣对整机性能的影响极大。相比单轴式压缩机，多轴式压缩机的高压段性能更为良好。因此，如果将单轴式压缩机的高压段改用多轴式，整台压缩机的性能就可大幅度提高。另一方面，如前所述，大流量、高压比离心压缩机如采用纯多轴式机型，级数过多会降低运行的可靠性。基于以上两种原因，近期国内外出现了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式，分别发挥各自的优势，整机性能明显提高。近期国内大型空分装置中有三种型式的离心式空压机组，其中曼透平公司生产的RIKl40-4型压缩机就是采用了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式，技术性能最好。压缩机的第一级为悬臂安装的半开式三元叶轮，后三级为闭式三元叶轮；止推及径向组合轴承位于一、二级叶轮之间，设有转子顶升装置。高压增压机则采用多轴式此轮增速型压缩机，型号RG56／5，驱动轴通过中间大齿轮轴（传动轴）和三根小齿轮轴联动传递动力，各级叶轮分配转速输出不同压力，共五级压缩。第一级为半开式三元叶轮，后四级为闭式三元叶轮，第一级和第三级叶轮前设置入口导叶调节气量，机组共9个叶轮。各轴端密封均为碳环密封，汽轮机与增压机之间通过齿式联轴器连接。增压机的机壳部分设置有加速度传感器用以监控壳体的振动。

结语

文章通过分析多轴式离心压缩机结构特点、振动故障状态监测实际应用，阐述了振动故障处理措施，实践证明，通过振动趋势、相位趋势及轴心轨迹可有效解决多轴式离心压缩机机叶轮碰磨问题。同时，机组运行维护过程中要谨小慎微，加强日常巡检和状态检测，发现异常时立即分析处理，制订检修计划，检修期间做好“5S”管理。

参考文献

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