由浮环密封损坏造成透平压缩机组剧烈振动研究

由浮环密封损坏造成透平压缩机组剧烈振动研究

董进

武汉检安石化工程有限公司    湖北省武汉市   430080

摘要：本文将以实际案例为研究对象，借助故障诊断手段，对透平压缩机组振动进行分析诊断，经研究认为浮环密封损坏，是致使机组出现振动原因，随后针对此，提出相应的解决策略，望能为相关工作人员提供参考。

关键词：透平压缩机；由浮环密封损坏；机组剧烈振动

引言：透平压缩机因其优质的转化能效，透平压缩机被广泛应用于多个生产领域，像石油化工以及制冷等经济领域，都可看到其身影。透平压缩机运作性能的好坏，会对生产装置实体收益产生直接影响。因此，确保此机械处于安全运行状态尤为重要。

1透平压缩机

透平压缩机属于自带高旋速叶轮的动力型压缩机。这种叶片式的旋转型机械，在一般情况下，是依据叶轮运动和气流之间的作用力，作为具体的依托工具，实现提升气体压力目标。在气体压力出现明显提高的同时，气流也会因为加速度的作用，产出动能，随后借助扩压器之中的减速运作，有意识地将动能变化为压力能，最终实现直观提高压力的目标[1]。

随着现代化需求的不断优化升级，只有研发出更现代化的透平压缩机，才能充分满足生活需求。但现代化透平压缩机带来高效率工作的同时，也会对设备带来一定的危害。细化来讲，高速大效率机械想要实现高性能运作，此机器旋转部件必须依据发展需求，设置为挠性结构形态。诸多透平压缩机会因结构影响，出现工作转速超预期状况，轻者超越一阶，严重者甚至达到三阶临界转速，在此背景下，如若转子发生振动或者共振现象，那么极易致使其本身失去工作稳定性支撑。

2由浮环密封损坏造成透平压缩机组剧烈振动分析

上述第一部分也只是讲述引起透平压缩机出现振动的一种原因，但实际上，引起透平压缩机组出现振动的原因还有很多。类似于气流扰动，或者浮动密封环损坏等因素，属于致使透平压缩机组出现剧烈振动的重要原因。接下来，笔者将以浮环密封损坏这一原因为切入点，详细为大家分析由浮环密封损坏，而造成透平压缩机组出现剧烈振动的诊断策略，望能为相关工作者提供有借鉴价值的参考。

2.1浮动密封环及其实体稳定性

借助浮动密封环落实密封的透平压缩机组，其实际的工作承受力会相对较高，且主轴的转速也会得到明显加快。合理地利用浮动密封环进行密封，可确保易燃易爆气体不泄漏，实用性十分明显。（密封成效如图1）由此可见，浮环密封稳定，对平压缩机是否能正常运作起决定作用。因浮动密封环，其轴可以不受约束，所以可将其看作是滑动轴承。浮动密封环受重力因素的影响，其在轴运作期间，浮动密封环的内部径值总大于轴半径，极易出现收敛间隙。且在轴转动期间，会因转速影响，而出现油膜，并产生压力合力，在这里人们常将此合力称作浮环承载力。在运转环节落实期间，受轴振动以及浮动密封环重力的影响，环和轴会始终保持油楔。在此背景下，随着外负荷的不断变大，间隙会出现减少，而间隙之中的液膜会因为空间距离的变小，出现压力升高状况，直到合压力与外负荷可以建立新型平衡关系，升高问题才会有所中止[2]。

若转子在间隙中呈现高速旋转状态的话，极易因转子不平衡及振动问题，致使密封间隙压力出现变化。流体动压力出现变化的话，密封浮环就极易受流体动压力的影响，出现振动问题。若其振动的频率与转子振动频率相同的话，振幅可能处于较低微波动的状态，但需要注意的是，此种状态并不是正弦波。浮环在发生振动期间，密封的间隙也会发生变化。若间隔变化比径向间隙小的话，工作状态就属于相对稳定的状态。若浮环的实体振动频次，约是轴旋转时速的1/2时，就可将其称为半速涡动。处于“半速涡动”状态下的浮环，其振幅会出现急剧地变大现象。受振幅增大的影响，密封间隙也会随之变大，失去平稳运行的状态，极易致使轴与浮环密封出现损坏现象，问题十分严重。

图 1 密封成效

2.2由浮环密封损坏引发的故障特点

某厂在使用从外国引入的透平压缩机组时，出现了剧烈的振动问题，据有效监测，在振动发生期间，其中最大频次振值甚至可达到89μm，这个数值远远高出了API的标准。依据严谨的振动检测不难发现，频率成分、频率增幅以及频率叠加的特征，接下来，笔者就详细为大家介绍上述三种特征。

2.2.1频率成分特征

在频谱图之中，不难发现存有1/2倍频、轴频等。

2.2.2频率幅值特征

1/2倍频以及轴频振动作用背景下的幅值点，都存有较大成分，且二者整体的幅值也是极为不平稳的。据有效统计，具体的轴频会在50μm-70μm之间晃动，而针对1/2倍频来讲的话，其实际的波动数值会在20μm-50μm之间频繁地转换。幅动数值如若是较小范围的话，1/2频率的四周，就极有可能出现宽度较为宽的涡动频带。

此外，轴频以及1/2倍频，这二者之间的振幅波动也是有一定规律可循的，经过仔细观察，不难发现，实体波动频次是交替变化的。

2.2.3频率叠加特征

在整片频域之内，各类别的频率，其内部含带成分都能看到1/2倍频的身影。

2.3故障解析及具体对策

通过对故障呈现特征的分析，在充分结合现场实际状况的背景下，专业人士判断，是因为浮环密封，其定位销出现裂缝问题，这才致使浮环的相对轴出现活动状态，随着不断转动，激发较为剧烈的振动。如若浮环定位出现断裂之后，浮环就会缺少限制，随着轴产生上下方向的浮动。

如若浮环转动离心力要远大于其自身受到的浮动力的话，浮环就会受力量不均的影响，掉落在转轴之上，促使转轴出现不平衡力，振动频次出现增大。轴频振动直观增大，也势必会为转轴与其他部位产生摩擦创造条件，以此呈现较为显著的摩擦特征振动频率。变化是多元化、不断交替的。因此，在具体的变化发展期间，浮环密封之中，存有的油膜压力也会发生变化，致使“涡动”现象出现，也可将其称为半频振动。半频振动的大小也不是有固定值的，是长期处于不平稳状态下的。有时半频振动会比轴频大，而有的时候则会比轴频小。

结合上文分析，不难得知受浮环密封损坏的影响，浮环之中不同步转动现象出现，这种情况造成的后果就是，致使“涡动”以及“不均衡”振源同时出现，受双发的共同作用影响，机组出现了极为严重的剧烈振动现象。在停机检查之后，发现猜想正确，在经过更换浮环密封件后，机组恢复了工作正常。

结论：综上所述，如若透平压缩机出现剧烈的振动，那么极易产生刺耳的噪音，直观地加大了现实磨损率，在一定程度上缩短了设备的实际使用寿命。严重的话，机械甚至会因为剧烈的振动出现转子失去稳定，部件呈现断裂的状态，为重大事故埋下隐患。为此，相关人员必须要强化自身对于透平压缩机的重视，借助科学分析振动原因的举措，及时制定有针对性排除振动措施，为延长透平压缩机机组的实际使用年限提供保障。

参考文献：

[1]张建奎,郝木明.透平压缩机组振动故障的诊断及修复[J].化工机械,2020(04):245-247.

[2]夏元清.由浮环密封损坏造成透平压缩机组剧烈振动诊断[J].设备管理与维修,2019(01):27-28.