化工机械设备振动控制技术及其应用研究

韦泽达

（广西河池市全江化工投资有限责任公司，广西河池 546300）

合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨，为一种基本无机化工流程。现代化学工业中，氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。在合成氨装置中，空压机高压缸为重要组成部分之一，其运行是否可靠决定了整个合成氨工艺流程能否顺利完成。但由于各方面因素的影响，使和合成氨装置的空压机高压缸产生振动，不仅影响正常生产，而且还有可能造成设备损坏，因此必须对其引起足够重视，在明确振动产生原因的基础上，探讨行之有效的解决措施。

1 设备振动概况

某公司的合成氨系统高压机高压缸在很长一段时间以来都处在高振动状态，并且振动还有逐年加剧的趋势，以进气端轴承处振动严重程度为最大，在装置大修前，经检查，振幅的最大值可以达到66μm。同时，排气端实际振动也伴随进气端的振动加剧而上升，其振幅的最大值为55μm。因机组振动超过50μm后会自动报警，所以长时间的高振动将对空压机乃至整个系统稳定运行造成严重威胁。基于此，必须有效解决振动隐患[1]。

2 设备振动产生原因

导致高压机振动的原因有很多，包括装配、平衡、松动、摩擦、对中和工艺方面的原因。通过对以上高压缸长时间的检修和分析，在实际工作中，应不断缩减诱因的范围，同时加强对下列几个方面的分析和排查：

（1）转子动平衡方面。根据停车前数据，在振动频率分量当中，对于一倍频分量，可以达到30μm，比其他分量高很多，说明转子不平衡。然而，近几年，为有效解决振动方面的问题，曾连续多次实施高速动平衡，而且都是在平衡达到合格以后才送回使用。在这种情况下，在运行过程中依然有动不平衡问题的原因为：①转子容易结垢，每年的大修都可以发现转子结垢，结垢程度和环境与换热器及分离器运行效果有关，转子结垢后将使转子产生不平衡量；②转子冲刷，因空气中含有水分，所以会使转子轴的表面与叶轮都受到一定程度的冲刷腐蚀作用，导致表面产生坑状缺陷。另外，冲刷还会在运行周期中不断累积，导致转子的形状变得不规则，产生不平衡量；③高速动平衡不够彻底。通过以上分析可知，转子动平衡过程不够彻底和在运行时不断产生和累积的不平衡量是导致转子不平衡的主要原因，另外这一原因将导致设备产生振动并不断恶化[2]。

（2）轴承系统故障方面。对轴承系统而言，其故障振动现象相对较多，包括支撑系统发生松动、间隙不合与油膜涡动。对此，运行与检修过程中实施了深入检查和分析，得出了以下结果：①对可倾瓦块的活动进行检查，确认是否灵活，将检查发现瓦面和瓦背都没有显著的磨损情况，瓦枕和轴承座之间的接触良好，实际装配情况满足要求，轴承箱座没有发现松动和下沉的现象；②对于轴承间隙，在每次大修中，装复数据都能达到规程的要求，当发现间隙超差时，可通过对瓦块的更换来使其达到合格，在下次大修检查过程中，发现间隙值的增量保持在0.01～0.03mm范围内，是正常的磨耗，无异常产生；③在频谱图上没有1/2倍频分量，说明无油膜涡动。根据以上检查结果可知，没有发现典型故障，所以可排除振动是由轴承与其支撑系统造成的[3]。

（3）转子轴颈与测振部位故障方面。日常检修过程中，一般只在瓦块支承宽度以内对轴颈处径向圆进行检查，基本不会对测振带进行检查。在现行检修规程当中，对于测振带同样未提出相应的检查要求。该公司在每年的大修过程中发现，停车后，高压缸转子进气端对应的径向圆跳动参数在25～30μm范围内，而其他通常在8μm之内。在排除了探头的故障之后，检查轴颈处，得出如表1所示的检查结果。

表1 轴颈处检查结果/mm

根据表1结果，轴瓦径向圆跳动较为理想，与检修规程提出的要求相符，但测振带产生的机械跳动相对较大，特别是进气端，可以达到20μm。如果考虑轴颈处自身电气跳动量，则冷态盘车的跳动达到25～30μm就找到具体原因了[4]。

可见，在总高达66μm左右的高振动当中，25μm为固定值，是振动主要来源。如果可以将其去除掉，则高压缸自身振动值会得到很大程度的降低，处在报警值之内。

（4）其他方面的原因：①对中不良，由此产生的特征频率属于2倍频，而根据频谱图可知，没有发现显著特征，并且在每年的大修工作中都对对中数据进行复查，和上一年的数据相差不大，与检修规程提出的要求基本相符，所以可基本排除对中不良影响；②联轴器故障，经多次大修，对联轴器而言，除每年进行拆卸发现一定量油垢，其他数据均合格，齿轮没有明显的磨损痕迹，且配合状况良好，故也可基本排除这一方面的影响。

通过上述对不同方面原因的分析及排查，导致高压缸产生较强振动的原因包括：测振带机械和电气跳动量相对较大，转子运行时动不平衡，此外，因软气封结构产生的碰磨对振动的加剧也有一定贡献[5]。

3 设备振动解决措施

根据上述对振动产生原因的分析，提出了下列改善措施：

（1）对于测振带跳动方面的问题，通过和厂家之间的交流沟通，同时认为采用普通的滚压措施无法取得显著的效果，难以达到相关标准提出的要求。对此，引入“宝石刀头挤压抛光”新技术进行处理，使测振带跳动总量不超过 6μm[6]。

（2）对于转子动平衡方面的问题，采用下列措施进行改进：在高速动平衡开始前，清洗并认真检测转子，同时对包含主轴、叶轮和气封齿等在内的重要部分进行喷砂处理，以此去除顽固的污垢，使叶轮与主轴达到光洁；同时，在高速动平衡开始前，还应对转子的冲刷及损伤处实施修复，及时发现和去除所有锈蚀点与高点，对于坑洼情况比较严重的部位，还应采用喷涂的方法进行修复[7]。在上述工作均已完成之后，安排专人到达厂家对整个动平衡过程进行监督，以此达到相关技术要求。

（3）对于软气封方面的问题，为了使转子修复完成后可以一次性有效降低振动，达到理想的整体效果，在一次大修工作中对全部软气封实施更换，同时在装配与数据上实施了适当的优化：①装配间隙，在过去的检修工作中，为了达到较好的效果，始终采用小间隙或者是微间隙的方法，将间隙严格控制在小于设计下限的状态。而在本次大修过程中，按照图样的要求进行修刮，同时充分考虑转子和缸体偏心，进行相应的配刮；②通过对软气封的更换，使转子的窜动量始终达到要求，使总窜动不低于5.4mm[8]。

（4）对于空气介质过脏导致转子结垢的实际问题，考虑通过改进换热器和分离器运行效果来改进处理，但是该方法的论证和实施周期都较长，所以在较短的时间范围内无法起到作用[9]。

4 实施效果分析

在采用上述措施完成改进处理后，整个机组在达到要求的转速以后，进气端沿X/Y向产生的振动分别为14.4μm和13.1μm，排气端沿X/Y的振动分别为7.0μm和8.4μm。由此可以看出，振动明显下降，以上措施起到了良好作用，验证了上述分析结果及改进措施的有效性。所积累的经验可以为情况类似的机组设备提供参考借鉴，不断提高设备的振动控制水平，从根本上解决机组振动的问题。

5 结束语

综上所述，通过长时间的努力和实践，对于合成氨系统高压机高压缸进行了振动故障专门工作，在排查所有可能导致振动产生的原因基础上，确定了导致振动产生的主要原因，即测振带机械和电气跳动量相对较大，转子运行时动不平衡，并提出了有针对性的解决措施，最后通过实践得出改进措施的应用使进气端沿X/Y向产生的振动分别降至14.4μm和13.1μm，排气端沿X/Y的振动分别降至7.0μm和8.4μm，所用改进措施合理可行的结论。