摘  要：通過對空分KDON-4500/9000裝置配大型壓縮機原動機的振動及受力分析，從操作使用角度來探討提高壓縮機在生產(chǎn)中的平穩(wěn)、連續(xù)運行的可靠性，從而與此領(lǐng)域內(nèi)的同行總結(jié)出一些專業(yè)性的實際操作經(jīng)驗，以利于更好地使用這些設備而指導于生產(chǎn)現(xiàn)場的操作。
        關(guān)鍵詞：壓縮機原動機  受力分析  典型事例  振動監(jiān)測  實際操作經(jīng)驗  指導生產(chǎn)

        概述
        某廠空分車間有兩套KDON-4500/9000型裝置，94年建成投產(chǎn)。配有十三臺大型壓縮機，其中八臺大型離心式壓縮機（具體如下表1）,五臺大型活塞式壓縮機（具體如下表2）。

表1  八臺離心式壓縮機參數(shù)

表2  五臺活塞式壓縮機參數(shù)

        一、各機組簡介:
        1.1各機組簡介：
        在上表所列的1#、2#空壓機為單軸五級等溫冷卻、水平剖分透平空氣壓縮機組，原動機采用在自由端配有帶勵磁裝置的電機，電機受扭矩如圖1（a），T1為勵磁裝置產(chǎn)生扭矩。1#、2#氮壓機為二段7級壓縮、二段冷卻的氮氣壓縮機組，原動機采用電機帶動，電機受扭矩如圖1（c）。3#氮壓機為3級壓縮、級間冷卻的氮氣壓縮機組，原動機采用電機帶動，壓縮機的非輸入端帶有主油泵，電機受扭矩如圖1（c）。1#、2#、6#儀壓機為離心式空氣壓縮機組，原動機采用電機帶動，電機的非輸出端均帶有主(輔助)油泵，電機受扭矩如圖1（a），T*為輔助（主）油泵產(chǎn)生扭矩。其余五臺活塞機組：1#、2#氧壓機原動機為電機帶動，電機受扭矩如圖1（c）。3#氧壓機原動機為電機帶動，壓縮機的非輸入端帶有主油泵，電機受扭矩如圖1（c）。3#、4#儀壓機原動機為電機帶動，電機的非輸出端帶有碳刷，電機受扭矩如圖1（b）。

圖1   各臺壓縮機原動機扭矩示意

                  

                               (a)                                   (b)                                       (c)
         注：  T1（T*）：勵磁裝置（輔助（主）油泵）扭矩  
                   T：主電機扭矩                        T2：電機輸出扭矩
                   A：電機非輸出端軸承             B：電機輸出端軸承

        以上各個機組的原動機均為電機帶動，所不同的是：1#、2#空壓機、1#、2#儀壓機、6#儀壓機、3#  、4#儀壓機等七臺機組的原動機，在電機的非輸出端均帶有不同的負載，即機組的主（輔助）油泵或者勵磁裝置。尤其是前五臺機組，電機負載在軸承外側(cè)自由端，電機受扭矩如圖1（a），在自由端形成扭矩T1（T*）。另外六臺機組的原動機的非輸出端沒有帶任何的載荷。在以上的十三臺機組中，都在設計中對機組本體的不同部位進行了振動的監(jiān)測，但是，均沒有做原動機各個部位的監(jiān)測，在機組的原始設計中，都沒有考慮機組的原動機的振動情況。
        1.2 原動機在非輸出端（自由端）帶有負載的受力分析
        尤其是原動機在非輸出端（自由端）帶有負載的結(jié)構(gòu)下，原動機的受力情況發(fā)生了變化，原動機的傳動軸形成“細長軸”結(jié)構(gòu)，傳動軸齒輪的嚙合力使軸產(chǎn)生彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形的組合變形，此時軸內(nèi)的各點既有彎曲正應力，又有扭轉(zhuǎn)切應力，如圖2。根據(jù)“平面假設”理論，會在軸上產(chǎn)生微小的幾何變形，形成撓曲線。在A點軸承處，軸與軸承接觸面微觀間隙是不同的，則必然使軸的振動變大。由此，使傳動軸的受力情況得到合理安排是非常必要的。這時，原動機的非輸出端就需要做振動等監(jiān)測。在原動機的非輸出端工作的負載即機組的輔助（主）油泵或者勵磁裝置的工作情況、工作的連續(xù)性等受到原動機的非輸出端工作情況的影響，尤其是振動的影響，而且，機組的輔助（主）油泵或者勵磁裝置的振動，往往是隨著原動機的非輸出端振動的變化而變化的。

圖2  壓縮機原動機軸頭彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形的組合變形受力

        二、一例典型事例與經(jīng)驗
        2.1  6#儀壓機油壓低聯(lián)鎖跳車事件
        事件經(jīng)過：某年9月4日20:45分6#儀壓機聯(lián)鎖跳車，計算機顯示油壓低跳車，跳車后輔助油泵工作，油壓為0.156MPa，聯(lián)系機動處、鉗工、電氣、儀表車間到現(xiàn)場檢查，21:30分再次啟動6#儀壓機，發(fā)現(xiàn)機組啟動后，油壓沒有上升，反而從0.156MPa降到了聯(lián)鎖點0.082MPa，6#儀壓機聯(lián)鎖跳車。經(jīng)檢查判斷為油路上的自力式調(diào)節(jié)閥不正常，主、副油泵同時工作時，調(diào)節(jié)閥處于全開狀態(tài)，把油全部由旁路泄掉了，導致油壓低聯(lián)鎖跳車，決定第二天處理。9月5日10:45、11:50分繼續(xù)開機查找問題，現(xiàn)象同昨日，拆下調(diào)節(jié)閥讓儀表重新校驗，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥工作正常。
下午16:00時，再次啟動6#儀壓機，壓縮機啟動后發(fā)現(xiàn)輔助油泵自動停機，油壓降到零后輔助油泵又自動啟動，在輔助油泵停機與啟動的間隙導致油壓低聯(lián)鎖6#儀壓機機組跳車，后經(jīng)分析認為主油泵出現(xiàn)故障（此油泵是在電機的非輸出端，由主電機帶動。即是上文提到的“原動機在非輸出端帶有負載的結(jié)構(gòu)”情況）。聯(lián)系鉗工打開油泵聯(lián)軸器保護罩后發(fā)現(xiàn)主油泵聯(lián)軸器已破碎。事后經(jīng)過一系列的修理、試運等，工作基本正常。在這些過程中，做主油泵的振動監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)振動值偏大，經(jīng)過分析，這正是主油泵聯(lián)軸器損壞的重要原因之一。
        在這種原動機在非輸出端帶有負載的結(jié)構(gòu)下，對機組的原動機振動的監(jiān)測就顯得非常有必要了。通過對原動機軸承的振動監(jiān)測，可以及時地反應出原動機所帶負載的工作情況。從而，可以有效地在其工況不正常的時候迅速發(fā)現(xiàn)，及時地給以消除。進一步有力地保障了機組的連續(xù)、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。但是，以上所提到的十三臺大型壓縮機組均沒有設計在原動機的軸承、負載等位置的振動監(jiān)測。由此，在適當?shù)奈恢蒙显O置監(jiān)測點，監(jiān)測振動（也可以包括溫度等），對原動機及其負載的工作情況就非常有利了。也將其工作情況掌握的非常清楚了，做到適時心中有數(shù)。
        2.2  其余機組的工況監(jiān)測
        在這種情況下，對其他幾臺機組的原動機的兩端軸承或者負載也做了垂直、水平的振動（溫度）測量。發(fā)現(xiàn)各個機組的振動各有不同，但是基本平穩(wěn)。從表3中可以看出，6#儀壓機的原動機所帶的負載——主油泵的振動值偏大。這恰恰是上列事件中損壞的機泵。（具體數(shù)值見下表3）。

表3   五臺壓縮機振動監(jiān)測參數(shù)

     注：（1）1#  2#空壓機數(shù)據(jù)采用9月26日——10月4日的平均值
             （2）1#  2# 6#儀壓機數(shù)據(jù)采用10月22日數(shù)值
        三、原動機負載工況的其他影響因素
        在上述的十三臺壓縮機中，有七臺機組采用了原動機在非輸出端帶有負載的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)，有效的利用了電極的非輸出端（自由端）的“自由”狀態(tài)，減少了帶動油泵等所需的其他的原動機。可以使設備適當?shù)臏p少一些，利用了主電極的“富余”能量。同時 ，在所帶負載有效工作時，還可以保證機組與主油泵工作的同步性。但是，在這種設計結(jié)構(gòu)下，就不可避免地使得原動機非輸出端的軸的長度必須適當加長（相對與在原動機非輸出端未帶有負載結(jié)構(gòu)的壓縮機）。由于軸的自由端的加長，造成此種結(jié)構(gòu)形成了“懸臂梁”，合理安排軸的受力情況就顯得重要了，隨著軸的自由端的延長，會造成所帶負載的工況更加的不穩(wěn)定，從而使振動等增加。尤其是軸的自由端越長，自由端沒有適當?shù)募s束，就為原動機負載工作的穩(wěn)定性、連續(xù)性埋下了隱患。還有，壓縮機原動機的動平衡，基礎的穩(wěn)定性等也分別是其原因之一。
        針對以上情況，采取以下措施：
        1、在所有壓縮機原動機的兩端軸承處，進行垂直、水平的振動監(jiān)測。并且根據(jù)具體的情況，決定檢測的周期。
        2、在機組原動機非輸出端帶有負載的結(jié)構(gòu)下，還可以對負載進行適當?shù)恼駝印囟鹊鹊谋O(jiān)測，監(jiān)測周期由負載的工況而定。
        3、在機組原動機非輸出端帶有負載的結(jié)構(gòu)下，如果形成的自由端過長，可以給自由端適當?shù)募s束，使負載自身不再“承載”。合理安排軸的受力情況。
        4、壓縮機原動機的工作情況，也應由其他相關(guān)專業(yè)定期的監(jiān)測。

        結(jié)語
        經(jīng)過幾年的生產(chǎn)實際運行，在空分裝置中，大型壓縮機的平穩(wěn)運行越來越受到重視。只有大型壓縮機連續(xù)、平穩(wěn)地運行，才能有效的保證空分裝置連續(xù)、平穩(wěn)地運行，從而更好的服務于全廠用氧、氮、風，操作人員的技術(shù)水平才能有效地得以提高。