离心压缩机油膜涡动分析与治理-行业资讯

E1370-9/0.97离心压缩机传动系统为增速机通过两对齿式联轴节连接电机及压缩机实现增速传动。支承轴承均为圆柱瓦，压缩机转子额定转速8886r/min。机组最近几年，油膜涡动故障几乎占到所有故障率的70%－80%，且难以治理，为此维修人员曾走过不少弯路。
    1．故障现象
    油膜涡动是以滑动轴承为支承系统的转子常见的一种失稳现象，是离心压缩机的常见故障之一，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。故障现象主要表现为压缩机转子失稳，整机振动增大，机组内部发出类似拖拉机的声音，并在机组一侧出现偏振，特征频率约等于转子的一阶临界转速48Hz。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为油膜振荡，引起动静部件摩擦，转子热弯曲、瓦面碎裂等。针对压缩机频繁出现的油膜涡动故障，曾先后分别采用提高油温、改圆柱瓦为错位瓦和椭圆瓦、减小下瓦轴向接触长度、提高转子动平衡精度、调整中冷部分管道应力等办法，虽有成功的记录，但仍无法根除油膜涡动现象。
    2．原因分析
    (1)故障起因
    压缩机经过10年左右的运行，中分面密封法兰不同程度地产生变形，为治理由此产生的泄漏，在中分面上涂了一层密封胶，彻底根治了泄漏，但却造成上机壳整体抬高约300μm，造成机组气封间隙上大下小。
    (2)故障产生的力学分析
    E1370-9/0.97压缩机转子级间密封均为迷宫密封，由于气流进入机体密封腔后，除了沿轴向流动，部分还以很大的圆陶速度绕转子转动，即形成“螺旋形”流动。因密封腔间隙上大下小，在转动中形成高压区和低压区，在轴颈的偏位角方向产生一个与油膜反力同向的不稳定力F，如图1所示。


    对于承载条件一定的滑动轴承，当转子以某一角速度旋转时，轴颈上的载荷尸及油膜力W的合力F′与油膜阻尼力F保持平衡，轴系运行稳定。现今Ft 的产生破坏了这一平衡，促使转子失稳，引发油膜涡动故障。Ft 的分力之一F1与载荷反向，相当于轴瓦载荷减小，相应的油膜反力减小，刚度降低，轴系稳定性变差。Ft 的另一分力F2有推动轴颈绕平衡中心继续旋转的趋势，故障治理的难易程度随Ft 的大小有所不同。
    3．治理措施
    (1)消除轴颈扰动力
    将压缩机转子抬高100~200μm，具体数值根据现场条件而定，最大调整值不允许超过上气封间隙及联轴器的调心范围。随着抬高值的不同，对气封间隙不均所产生的扰动力可起到减小、消除作用，或反向产生一预载力，使轴系稳定性增加。这一措施较为有效，但它也同时产生两种负面影响，一是转子的不对中运行减小了齿式联轴器的调心作用，易导致倍频振动的产生。二是转子的不对中运行增加了联轴器的磨损速度，备件损耗加大。因此这一治理方式只能作为临时措施，在设备大中修时，还需通过精细调整气封间隙，确保上气封间隙（加密封胶平均厚度）小于等于下气封间隙（250~350μm），以消除由此产生的扰动力。
    (2)增加轴系稳定性
    轴系稳定性主要取决于轴颈在轴承中的偏心率大小，偏心率即为偏心距。与径向间隙c=R-r的比值，R为轴瓦半径，r为轴半径。偏心率小时，轴颈在轴承中浮起较高，易发生漂移或涡动。所以对稳定性来说，希望偏心率大些。因此通过刮研轴瓦中分面及侧间隙改圆柱瓦为椭圆瓦，形成上下两油楔，向下的油膜力促使轴颈偏心率加大，轴系稳定性提高，轴瓦间隙值的改变如图2所示。

    4．结论
    实施以上两种措施后，油膜涡动故障的概率由原来70%~80%降为10%。通过对油膜涡动故障的治理，可得出以下几点结论：
    (1)滑动轴承油膜失稳的原因可归纳为轴颈扰动力过大和轴瓦稳定性差两大类。
    (2)对使用圆柱瓦的转子系统，提高油温及改圆柱瓦为椭圆瓦是较为简易有效的提高稳定性的措施。
    (3)常见的两种导致压缩机油膜涡动故障产生的因素为，气封间隙不均及旋转失速频率为转子一阶临界转速时产生的扰动力。在降低油温或增加油压转轴振幅有所降低时，可从这两方面找原因。
    (4)抬高轴系标高对治理油膜涡动是一种简易快捷有效的措施，但不宜在此状况下长期运行。

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