離心壓縮機油膜渦動原因分析及治理

tags: 壓縮 壓縮機    時間:2014-03-11 13:59:23
離心壓縮機油膜渦動原因分析及治理簡介
           E1370-9/0.97離心壓縮機傳動系統為增速機通過兩對齒式聯軸節連接電機及……
離心壓縮機油膜渦動原因分析及治理正文
           E1370-9/0.97離心壓縮機傳動系統為增速機通過兩對齒式聯軸節連接電機及壓縮機實現增速傳動。支承軸承均為圓柱瓦,壓縮機轉子額定轉速8886r/min。機組最近幾年,油膜渦動故障幾乎佔到所有故障率的70%-80%,且難以治理,為此維修人員曾走過不少彎路。
        1.故障現象
        油膜渦動是以滑動軸承為支承系統的轉子常見的一種失穩現象,是離心壓縮機的常見故障之一,轉子渦動時,不僅繞其軸線旋轉,而且軸線本身還在空間緩慢迴轉。故障現象主要表現為壓縮機轉子失穩,整機振動增大,機組內部發出類似拖拉機的聲音,並在機組一側出現偏振,特徵頻率約等於轉子的一階臨界轉速48Hz。振幅小的油膜渦動會引起零件疲勞、鬆動、瓦面龜裂,振幅大的油膜渦動會演變為油膜振蕩,引起動靜部件摩擦,轉子熱彎曲、瓦面碎裂等。針對壓縮機頻繁出現的油膜渦動故障,曾先後分別採用提高油溫、改圓柱瓦為錯位瓦和橢圓瓦、減小下瓦軸向接觸長度、提高轉子動平衡精度、調整中冷部分管道應力等辦法,雖有成功的記錄,但仍無法根除油膜渦動現象。
        2.原因分析
        (1)故障起因
        壓縮機經過10年左右的運行,中分面密封法蘭不同程度地產生變形,為治理由此產生的泄漏,在中分面上塗了一層密封膠,徹底根治了泄漏,但卻造成上機殼整體抬高約300μm,造成機組氣封間隙上大下小。
        (2)故障產生的力學分析
        E1370-9/0.97壓縮機轉子級間密封均為迷宮密封,由於氣流進入機體密封腔后,除了沿軸向流動,部分還以很大的圓陶速度繞轉子轉動,即形成「螺旋形」流動。因密封腔間隙上大下小,在轉動中形成高壓區和低壓區,在軸頸的偏位角方向產生一個與油膜反力同向的不穩定力F,如圖1所示。
 

        對於承載條件一定的滑動軸承,當轉子以某一角速度旋轉時,軸頸上的載荷屍及油膜力W的合力F′與油膜阻尼力F保持平衡,軸系運行穩定。現今Ft 的產生破壞了這一平衡,促使轉子失穩,引髮油膜渦動故障。Ft 的分力之一F1與載荷反向,相當於軸瓦載荷減小,相應的油膜反力減小,剛度降低,軸系穩定性變差。Ft 的另一分力F2有推動軸頸繞平衡中心繼續旋轉的趨勢,故障治理的難易程度隨Ft 的大小有所不同。
        3.治理措施
        (1)消除軸頸擾動力
        將壓縮機轉子抬高100~200μm,具體數值根據現場條件而定,最大調整值不允許超過上氣封間隙及聯軸器的調心範圍。隨著抬高值的不同,對氣封間隙不均所產生的擾動力可起到減小、消除作用,或反向產生一預載力,使軸系穩定性增加。這一措施較為有效,但它也同時產生兩種負面影響,一是轉子的不對中運行減小了齒式聯軸器的調心作用,易導致倍頻振動的產生。二是轉子的不對中運行增加了聯軸器的磨損速度,備件損耗加大。因此這一治理方式只能作為臨時措施,在設備大中修時,還需通過精細調整氣封間隙,確保上氣封間隙(加密封膠平均厚度)小於等於下氣封間隙(250~350μm),以消除由此產生的擾動力。
        (2)增加軸系穩定性
        軸系穩定性主要取決於軸頸在軸承中的偏心率大小,偏心率即為偏心距。與徑向間隙c=R-r的比值,R為軸瓦半徑,r為軸半徑。偏心率小時,軸頸在軸承中浮起較高,易發生漂移或渦動。所以對穩定性來說,希望偏心率大些。因此通過刮研軸瓦中分面及側間隙改圓柱瓦為橢圓瓦,形成上下兩油楔,向下的油膜力促使軸頸偏心率加大,軸系穩定性提高,軸瓦間隙值的改變如圖2所示。

        4.結論
        實施以上兩種措施后,油膜渦動故障的概率由原來70%~80%降為10%。通過對油膜渦動故障的治理,可得出以下幾點結論:
        (1)滑動軸承油膜失穩的原因可歸納為軸頸擾動力過大和軸瓦穩定性差兩大類。
        (2)對使用圓柱瓦的轉子系統,提高油溫及改圓柱瓦為橢圓瓦是較為簡易有效的提高穩定性的措施。
        (3)常見的兩種導致壓縮機油膜渦動故障產生的因素為,氣封間隙不均及旋轉失速頻率為轉子一階臨界轉速時產生的擾動力。在降低油溫或增加油壓轉軸振幅有所降低時,可從這兩方面找原因。
        (4)抬高軸系標高對治理油膜渦動是一種簡易快捷有效的措施,但不宜在此狀況下長期運行。   

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