壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡和松動

一臺五級高壓離心壓縮機(jī)在9000~9600RPM的轉(zhuǎn)速下成功運(yùn)行了20多年，壓縮機(jī)用于制冷服務(wù)，在整個(gè)運(yùn)行歷史中，它遇到的機(jī)械問題很少。計(jì)劃大修期間，機(jī)組被拆開進(jìn)行機(jī)械檢查，并安裝了備用轉(zhuǎn)子。在過去的4年里一直在運(yùn)行的轉(zhuǎn)子被送到車間進(jìn)行常規(guī)的裝配跳動，外徑以及葉輪相對于推力環(huán)軸向位置的測量。在這些轉(zhuǎn)子測量結(jié)束后，一個(gè)過分熱心的車間主管要求將疊加轉(zhuǎn)子拆卸，這時(shí)，他們開始進(jìn)行裸軸的不圓度測量、鍵槽檢查，以及測取葉輪、推力盤和平衡鼓上的孔尺寸。

轉(zhuǎn)子檢查工作及時(shí)進(jìn)行，大修完成后，壓縮機(jī)帶著備用轉(zhuǎn)子重新啟動。在大約3000RPM轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)吸入了某種異物，完全破壞了級葉輪。機(jī)組沒有配備自動停車，壓縮機(jī)在嚴(yán)重?fù)p壞的情況下運(yùn)行了幾分鐘。隨后的檢查顯示，吸入端軸頸軸承損壞，軸被嚴(yán)重劃傷。在這時(shí)，的選項(xiàng)是打開機(jī)殼，拉出備用轉(zhuǎn)子，重新安裝另一個(gè)具有現(xiàn)有Z好的軸承和密封的轉(zhuǎn)子。不幸的是，另一個(gè)轉(zhuǎn)子散落在整個(gè)車間，負(fù)責(zé)任的車間主管非常尷尬。

實(shí)際上，在所有運(yùn)行的工廠切換過程中轉(zhuǎn)子從機(jī)器上拆卸下來，直到工廠已經(jīng)運(yùn)行了一個(gè)星期或更長時(shí)間才允許拆卸。在這個(gè)例子中，車間主管操之過急，下令拆卸壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，危及了工廠的啟動。選擇是有限的，要做的就是重新組裝舊轉(zhuǎn)子，在車間的平衡機(jī)上做一個(gè)快速的檢查，然后把這個(gè)轉(zhuǎn)子塞回壓縮機(jī)里。這給車間的工作人員帶來了很大的壓力，他們忽略了轉(zhuǎn)子組裝的基本原則：要么做好，要么重做。他們急匆匆地完成了這項(xiàng)工作，盡管疊加的轉(zhuǎn)子殘余的不平衡不同于進(jìn)來時(shí)的檢查報(bào)告，他們還是繼續(xù)把舊的轉(zhuǎn)子重新裝回了壓縮機(jī)殼體。在隨后的啟動過程中，壓縮機(jī)從低速滾動到Z小調(diào)速器轉(zhuǎn)速呈現(xiàn)出波動的振幅。隨著機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，溫度開始穩(wěn)定，徑向軸振動的波動趨于增加，然后穩(wěn)定于干凈光滑的軸心軌跡。隨著時(shí)間的推移，高振動周期的嚴(yán)重性增加，低振動狀態(tài)也惡化。圖1顯示了機(jī)組連鎖之前軸振動繪圖。

圖1 軸位移軌跡和波形，中間壓縮機(jī)葉輪不平衡和松動

注意時(shí)域圖呈現(xiàn)的經(jīng)典幅值調(diào)制特征，加上軸心軌跡的徑向脈動。實(shí)際上，軸心軌跡的振幅從Z小1.0擴(kuò)大到Z大5.4mil-PP，多個(gè)鍵相點(diǎn)顯示在軌跡上，表明存在一個(gè)正進(jìn)動圓形次同步振動成分。對1X同步振動的檢查表明一個(gè)正進(jìn)動，振幅在1.0到2.5 mil-PP之間變化。

壓縮機(jī)驅(qū)動側(cè)和非驅(qū)動側(cè)軸承都顯示出相似的特性，壓縮機(jī)的吸氣端、推力端略低于排氣端軸承。這種高振動狀態(tài)在壓縮機(jī)兩端出現(xiàn)和消失是一致的，即使是在這臺機(jī)器上工作多年的經(jīng)驗(yàn)豐富的工人也認(rèn)為，當(dāng)?shù)匕甯駯砰_始從保持槽中彈出時(shí)，一定是出了問題。振動數(shù)據(jù)被記錄下來，機(jī)組Z終被關(guān)閉，以減少對可用的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子組件的進(jìn)一步損害。

圖2 垂直軸位移頻譜圖，壓縮機(jī)中間轉(zhuǎn)子不平衡和松動

機(jī)組安全停機(jī)后，更詳細(xì)地分析了記錄的振動數(shù)據(jù)。例如，圖2中的譜圖記錄了垂直渦流探頭在與圖1所示軸心軌跡和波形相同的時(shí)間內(nèi)所測到的頻率特征。兩個(gè)主要的頻率分量是1X振動9420RPM和2.4mils-PP，加上一個(gè)更大的分量，8940CPM和3.1mils-PP。這兩個(gè)主要分量之間的差值提供了480CPM(=9420-8940)的較低邊帶，兩個(gè)主要分量的和得到一個(gè)18360CPM的上邊帶(=9420+8940)。根據(jù)幅值調(diào)制所列的定義，可以合理地得出這樣的結(jié)論：觀察到的行為是一個(gè)明確定義的調(diào)幅。

由于它是一個(gè)運(yùn)行速度分量與在大約95%的運(yùn)行速度下較大的分量之間存在的幅值調(diào)制交互作用，所以將轉(zhuǎn)子視為罪魁禍?zhǔn)资呛侠淼?。如果這是一個(gè)信號求和狀態(tài)，那么對潛在問題的尋找就必須擴(kuò)展到更廣泛的基礎(chǔ)上。但是，由于這是一種調(diào)幅現(xiàn)象，因此所有努力全部針對旋轉(zhuǎn)部件。

進(jìn)一步分析全速數(shù)據(jù)顯示，95%的分量頻率周期性增加，并鎖定在運(yùn)行速度運(yùn)動。在此狀態(tài)下，軸的振動幅值下降，壓縮機(jī)表現(xiàn)為相當(dāng)正常。然后，在沒有明顯原因的情況下，次同步分量會重新出現(xiàn)，漂移回低于運(yùn)行速度5%的位置，并且伴隨振動振幅增大。同樣，壓縮機(jī)的兩端表現(xiàn)出同樣的行為，具有非常相似的振動水平，由于這是一個(gè)合理對稱轉(zhuǎn)子，這表明故障發(fā)生在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子中間位置。

壓縮機(jī)負(fù)荷的變化對分析這一問題是有益的，但這種選項(xiàng)是不可能實(shí)現(xiàn)的。在Z后的分析中，得出了壓縮機(jī)中跨葉輪松動的結(jié)論，推測在自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，松動的葉輪運(yùn)行速度?降到95%。在這種情況下，葉輪的殘余質(zhì)量?平衡加上偏心率對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了正向圓強(qiáng)迫激勵。由于這發(fā)生在一個(gè)與軸轉(zhuǎn)速不同的頻率，它導(dǎo)致了兩種不同的激勵，一個(gè)激勵是在軸轉(zhuǎn)速處產(chǎn)生的，另一個(gè)激勵是由松動葉輪的旋轉(zhuǎn)頻率引起的。此外，隨著松動的葉輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，葉輪孔與軸外徑之間的摩擦?xí)?dǎo)致局部發(fā)熱，這可能導(dǎo)致葉輪孔收縮回軸上，暫時(shí)消除95%的松動輪頻率。當(dāng)制冷劑流冷卻軸和葉輪后，葉輪Z終會由于松動重新啟動整個(gè)循環(huán)，并減速到95%的運(yùn)行速度。

停機(jī)后，拆卸壓縮機(jī)，拆卸開疊加的轉(zhuǎn)子，確定壓縮機(jī)中間葉輪確實(shí)松動。造成這個(gè)輪子松動的主要原因是在車間匆忙地重裝這個(gè)轉(zhuǎn)子時(shí)，沒有安裝葉輪鍵。在低速車間平衡機(jī)上有這個(gè)問題的指示，但是負(fù)責(zé)人選擇忽略這個(gè)信息。再一次，機(jī)器根據(jù)物理定律做出反應(yīng)，而相關(guān)的人傾向于通過情感而不是良好的工程慣例來管理。

（來源：普迪美狀態(tài)監(jiān)測）