空压机振动波动的原因及预防措施

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空压机振动波动的原因及预防措施

1、引言

空分装置为化工企业的主要装置，空压机又是空分装置主要设备，空压机长期稳定运行，才能确保空分装置为其它工艺系统装置提供氧气及氮气。而振动是压缩机的常见故障，当振动过大时会影响压缩机的可靠运行，给生产造成很大的损失，因此保证压缩机的安全可靠运行，对提高生产效率及经济效益有重要的意义。压缩机与电机由刚性联轴节相连接，变速箱中各级齿轮轴与压缩机叶轮为同一根轴，轴承的平衡对压缩机平稳运行至关重要。空压机是将经自洁式空气过滤器过滤后的原料空气，经空压机压缩送至预冷岗位。工作原理：电机将电能转化为机械能并传给叶轮，叶轮通过高速旋转将机械能传给气体，使空气获得速度能并变为压力能。此过程中动平衡和振动的平稳起着重要的作用。

2、流程简述

空气经自洁式空气过滤器过滤后，除去空气中大量灰尘和其它机械杂质，进入空压机中经三级压缩、三级冷却后，压力升至0.88MPa，温度不超过40℃之后，经送气阀送往预冷机冷却。上图中1是叶轮，使空气具有很高的速度；2是扩压器部分，在那里将空气动能转化成势能；3是中间冷却器，除去压缩过程中所产生的热量，以便于实现等温压缩从而提高压缩效率；4是不锈钢丝网制成的的水气分离器，以除去空气中的水份。

3.离心式压缩机振动现象主要包括转子不平衡、对中不良、联轴器故障、油膜振荡等。

3.1转子的不平衡，旋转机械的转子由于受到材料质量和加工技术等各方面的影响, 转子上的质量分布对中心线不可能绝对地轴对称, 固此任何一个转子不可能做到绝对平衡, 转子质量中心与旋转中心线之间总是有偏心距存在。这就使转子旋转时形成周期性的离心力干

扰, 在轴承上产生动载荷, 使机器产生振动。转子质量不平衡的原因有: 设计问题、材料缺陷、加工与装配误差、工艺过程等问题。转子不平衡故障特征是: 在转子径向测检的频谱图上, 转速频率成分具有凸出的峰值; 转速频率的高次谐波值很低,因此反映在时域波形图上是一个正弦波; 对于普通两端支撑的转子, 轴向测点上的振值并不明显。

3.2转子的对中不良，各转子之间用联轴器联接传递运动和转矩，由于机组的安装误差、工作状态下热膨胀、承载后的变形以及机组基础的不均匀沉降等，有可能会造成机组工作时各转子轴线之间产生不对中。不对导致轴向、径向交变力，引起轴向振动和径向振动，而且振动会随不对中严重程度的增加而增大。

3.2.1转子不对中引起的故障及特征

1)改变了轴承的油膜压力, 负荷较小的轴承可能引起油膜失稳, 因此, 出现最大振动往往是紧靠联轴器两端的轴承。

2)不对中引起的振幅与转子的负荷有关, 随负荷的增大而增大, 位置低的轴承振幅比位置高的轴承大, 因为低位轴承被架空, 油膜稳定性下降。

3)平行不对中主要引起径向振动, 角不对中主要引起轴向振动。

4)不对中使联轴节两侧产生相位差。

5)从振动频率上分析, 不同形式的不对中产生不同的频率。

3.2.2判断不对中故障的方法

1)观察轴承油膜压力随负荷的变化量, 油膜压力增大, 意味着轴颈

与轴承下半的内表面的间隙减小, 反之间隙增大。

2)测量机组热态时的对中情况。

3)利用振动信号判断不对中状况是目前的常用方法, 即根据前面介绍的不对中的特征进行判断。往往振动带有多种因素, 既要测径向振动和轴动向振动, 也要测相位, 通过多方面的信息, 才能正确判断。

3.3联轴器故障，联轴器安装有误、联轴器制造不平衡、联轴器端面偏差过大、弹性联轴器制造精度不够、销钉不等重等原因会造成联轴器故障。轴瓦间隙偏大、油膜涡动等原因是造成轴承缺陷的主要原因。

3.4油膜振荡是高速滑动轴承的一种特有故障, 它是由油膜力产生的自激振动。转子发生油膜振荡时输入的能量很大, 引起转子轴承系统零部件的损坏,甚至整个机组的毁坏, 因此必须深入了解有效防治。

3.4.1油膜振荡的特征

油膜振荡往往来势很猛, 瞬时振幅突然升高, 很快发生局部油膜破裂。引起轴颈与轴瓦间的磨擦,发生吼叫声, 严重损坏轴承和转子。判别是否发生油膜振荡是从振动频率是否接近转速的 1/2, 但必须与动静磨擦区分开来, 动静磨擦也发生半频振动。

3.4.2油膜振荡的防治措施

1)避开油膜共振区: 使压缩机工作转速避免在一阶临界转速的 2倍附近运转。

2)增加轴承比压: 即增加轴瓦工作面上单位面积所承受的载荷。增加比压就等于增加轴颈的偏心率, 提高油膜的稳定性。

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3)减少轴承间隙: 轴承间隙减小, 侧可提高发生油膜振荡的转速。

4)控制适当的轴瓦预负荷: 预负荷为正值, 就是轴瓦内表面上的曲率半径大于轴承内圆半径, 等于起到增大偏心距的作用。

5)选用抗振好的轴承: 圆柱轴承抗抗性最差,其次是椭圆轴承最好的是三油楔和四油楔轴承。

6)调整油温: 升高油温, 减小油的粘度, 可以增加轴颈在轴承的偏心率, 有利于轴颈稳定。

4压缩机的喘振

当离心压缩机流量小到足够时，会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机出口压力突然下降，使管网的压力比压缩机出口压力高，迫使气流倒回压缩机，一直到管网压力下降到低于压缩机出口压力时，压缩机又开始向管网供气，压缩机恢复正常工作。当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于喘振流量，压缩机又产生严重的旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又倒流回压缩机。如此周而复始，使压缩机的流量和出口压力周期性的大幅波动，引起压缩机强烈的气流波动，这种现象就称为压缩机的喘振。一般管网容量大，喘振振幅就大，频率就低，反之，管网容量小，振幅就小、频率就高。

喘振现象通常具有如下宏观特征：

(1)压缩机工作极不稳定

(2)喘振有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声。

(3)机器强烈振动，机体、轴承等振幅急剧增加。

4.1 引起喘振的原因实际运行中引起喘振的原因很多。从外部条件来分析，即从压

缩机与管网的联合运行来分析，管网流量、阻力的变化与压缩机工作不协调应是引起压缩机喘振的重要原因。这种工作的不协调可以分为两点：第一，压缩机的流量等于或小于喘振流量；第二，压缩机排气压力低于管网气体压力。开车过程中升速、升压不协调，如升压太快，降速、降压不协调，如降速太快都可能引起压缩机喘振。对高压比压缩机首末级容积流量差很大，前面流道宽而后面流道很窄，开车时（升速过程）各级排气压力都不高，当转速升高到某个转速时，前面级容积流量已足够大，而后面的级有可能排不出去，形成对中间级的阻塞，压力升高，造成对这些级的背压超过该转速下的喘振点的压力而引起机器的喘振。

4.2. 防止与抑制喘振的方法

采用防喘装置是防止和抑制喘振普遍

采用的方法。一方面设法在管网流量减

少过多时增加压缩机本身的流量，始终

保持压缩机在大于喘振流量下运转；另

一方面就是控制管网的压力比和压缩机的进、出口压比相适应，而不至于高出喘振工况下的压比。

在实际操作中防止压缩机喘振可以从以下几方面入手：防止进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等；防止管网堵塞使管网-特性改变；在开、停车过程中，升降速度不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速；防喘系统在正常运行时应当投入自动。

5、结束语

离心式空压机是空分空压装置最重要的核心设备，空压机的平稳运行是后系统运行的必要条件，因此我们在操作过程中要做好预防措施，防止压缩机出现振动过高甚至喘振的现象。

空气压缩机爆炸原因分析及预防措施2017-03-19 10:52 | #2楼

矿用空气压缩机主要采用压缩机油作为润滑油，在随压缩机压气过程中，沿着整个排气通道会形成积碳。它在一定条件下能发生自燃，从而导致空气压缩机装置爆炸。汽缸、气阀室、管路、冷却器及储气罐等有积碳处都有可能发生爆炸。对于气缸内有润滑油的空气压缩机，当排气温度超过200。C时，将会促使润滑油性能恶化变坏．油质会迅速发挥造成积碳。造成排气阀、管路有效断面积缩小，阻力增大甚至堵塞，使活塞环滞死在沟槽内，失去密封性和弹性；冷却水不凉、缸体温度急剧增加的情况下，积碳会自燃，严重时造成空压机装置爆炸。因此，矿用空气压缩机的安全性能对矿安全生产起到至关重要的作用，必须引起足够的重视。

一、空气压缩机燃烧爆炸原因探讨

空气压缩机，采用的是缸体润滑方法，在运行过程中润滑油随压缩后的气体进人整个系统过程中受高温、高压作用下形成积碳逐渐增多，附着在管道内壁上，当温度升高至一定高度时，就能引起燃烧爆炸。

积碳附着在管道壁上，由于清洗不及时，积碳就会逐渐增厚，使管道内径变小，增加了排气阻力，而使空气压力和空气温度相应增高，积碳又会随之增多。所以大量积碳是压缩空气燃烧爆炸事故的主要因素。

在一般情况下，空气压缩机在运行过程中，排气管和储气罐等受气流机械冲击或气流中硬质颗粒的冲击，以及静电放电时产生的电火花，使积碳燃烧，导致了管道内的温度急剧增加，当含油达30％的积碳中的油汽化时，就形成了爆炸性混合气体，在一定条件下，就会发生爆炸事故。这也是空气压缩机燃烧爆炸的一个重要因素。

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二、诱发爆炸的主要因素

（1）压缩空气温度

空气压缩机运行中，若压缩空气的温度超过某一个极限值时，将会促成沉积物加速氧化自动加热，以致引起自燃。这个极限值是个变值，与沉积物的厚度密度相关。

（2）空压机排气温度

一级排气过程中消耗的功是气体温升的主要来源，排气时间长，功耗大，温度高。一级压缩后排气时间的长短取决于实际一级排气压力的大小，一级排气压力的降低是排气温度升高的一个主要原因，其主要因素有弹簧刚度减少，一级进气阀关闭不严及部分高压气体泄漏等。

（3）沉积物厚度

若排气温度不增加而沉积物厚度不断增加，将会降低沉积物自燃温度界限而发生自燃。沉积物越厚，自燃极限温度越低；沉积物越薄，自燃极限温度越高。如沉积物的厚度为1mm时，极限自燃温度为160。C。

（4）压缩空气的流速

当压缩空气的流速降低时，将会使压缩空气温度升高，对于多台空气压缩机组成的压风系统，这种现象最容易发生。压缩空气流速降低时，也会使沉积物自燃温度界限下降。二极排气缸至储气罐一段是最敏感地域。冷却器和储气罐最容易发生爆炸。若排气总管内积碳相当厚，在空气压缩机停止运转或进行工况调节

时，此时的流速突然下降或降至为零。极易发生沉积物自燃爆炸的危险。空气压缩机爆炸的时间最易发生在矿井负荷较低的时间段内，其中交接-班时间是空气压缩机爆炸的危险时间段。

（5）空气湿度

由于吸入空气湿度增加后，在压缩过程中产生大量过热水蒸气，疏松的沉积物大量吸附过热水蒸

气并散出热量，使排气温度升高而造成沉积物自燃。雨天和雾天也易发生空气压缩机爆炸。

（6）频繁卸荷

在空气压缩机开始卸荷的瞬间，二级吸气阀动作时间比一级吸气阀滞后

1.5～2s，仍处在正常工作状态，造成二极排气温度急剧升高；当卸荷终了开始恢复正常工作时，被切断的这段空气受气缸与活塞加热。温度由常温升至150。C

。左右，吸入高温空气其二级排气温度可达250C。故频繁卸荷也能促发空气压缩

机爆炸。沉积物在自燃后产生大量的一氧化碳，当压缩空气中含有1.5％～7.5％的一氧化碳即可发生爆炸。

三、爆炸原因分析

（1）空气压缩机运行温度过高，在不能有效地控制时，会产生大量的爆炸性混合气体，在条件具备的情况下，会导致爆炸。

（2）空气压缩机的气缸、储气罐和管道中，由于润滑油供给太多，吸入的空气中有大量尘块，在空气压缩机运行温度（约150°C左右）的作用下，在空气压缩机的二级气缸出口处及管道中，形成大量的积碳，这些积碳易燃，若不及时清理会引起燃烧爆炸。

（3）由于空气压缩机在运行过程中，不可避免地会产生油垢或积碳，若不及时清理，积碳等杂物将越积越多，影响管道的正常运行，造成阻力增大，使得系统的运行压力和温度升高，这也是造成空气压缩机燃烧爆炸事故的原因之一。

（4）在空气压缩机运行中，使用不合格油品，在检修中用易挥发油类清洗，当空气压缩机运行时，造成可能物大量挥发，运行温度等条件一旦具备，就会引起燃烧爆炸。

四、预防措施

(1)防止积碳的主要措施

1）严格控制排气温度，双缸不得超过160℃。

控制排气温度：①加强空压机冷却系统的改造和管理，除合理选用冷却水水质、及时清除冷却器管壁和缸冷却水腔壁的结垢，还应控制冷却水的进出温差不大于10℃；② 降低出口管路气体温度。加强检修质量，保证气阀不漏气，防止气体循环压缩，配备后部冷却器。

2）使用闪点不低于215oC，经化验合格的压缩机油。压缩机油不得与其它润滑油混杂存放。

正确选择润滑油：选取的润滑油在操作温度下必须有足够的黏度，以使运动件不互相接触，减少磨损量，但压缩机润滑油黏度越大，则含残炭量越多，其不易挥发的重质馏分在压缩机高温部位停留的时间越长，积炭也越严重。因此，如果选择偏向黏度越高的润滑油，则对压缩机的运行安全越不利。在保证润滑油膜承受动载荷的条件下，应尽量采用低黏度油，同时不应将润滑油闪点选择过高。从实际运行经验来看，使用闪点过高的油，由于其馏分重，黏度大，胶质含量多

而存在安全隐患。一般低黏度和深度精制的润滑油残炭值低，在使用中不易积炭。因此，优质的压缩机油应选用深度精制的不含残渣(光亮油)的窄馏分基础油，添加剂也应尽量选用无灰型添加剂。

3）气缸、吸排气阀不许使用普通机械油。

4）经常清洗、排气阀和阀室。

严格进行维护保养与检修操作是预防压缩机爆炸的重要手段。空压机发生排气管爆炸的事故调查发现，在排气系统中有较多积炭，究其原因是此压缩机在维护时大多数积炭未被去除。排气阀上的积炭使阀关闭不严，造成泄漏和带来重复压缩，使排气温度升高，使高温压缩空气直接进入储气罐。在压缩机日常维护保养与检修过程中，对排气阀上的积炭清除和对排气管(特别是弯管部分)及储气罐等清扫尤为重要。

5）定期清理排气管路、冷却器芯子和后风包。

6）对每台空压机的单位运行时间内耗油量进行记录、统计，润滑油要达到适当，不能过量或不足，对耗油量异常增加要停机检查空压机的密封情况。

(2)滤风器、冷却器和储气罐的安全使用

加强吸气过滤，防止吸人的气体灰尘多和含有硬颗粒。当含有灰尘和杂质的空气被洗入汽缸后，不仅造成汽缸镜面和活塞杆的磨损，而且由于汽缸内的高温，有些杂质和油混合物易粘附在气阀、汽缸壁和活塞槽中形成积垢，滞死活塞环。吸人空气温度每提高3℃，空气压缩机效率降低1％。通常在金属网滤风器上浸锭子油，当污浊空气通过时，灰尘和杂质经网的阻隔．油的吸附作用使之粘在铁丝网上。清洗滤网用1％～5％的苛性钠溶液煮沸清洗。由于活塞式空气压缩机最后一级排气温度达140℃～160℃，其压缩空气中的油质、水分均为气态，气压的油带到风包和管路会形成易燃物，而水蒸气带到风包和管路中冷结成水造成水击。若后风包距离空压机较近，温度不能有效降低，将会促进易燃物的自燃，加剧水冲击。所有后冷却器可有效的保护风包，风包主要用来储存一定量的压缩空气，保持供气平衡，稳定压力波动，同时还可以除出压缩空气中的油、水。滤风器、冷却器和储气罐累计运行350～400h要进行清洗。

(3)防止空气压缩机爆炸的主要措施

1)储气罐的容积应尽量小，其安装应当避开共振点。使用后冷却器，使储气罐的温度降至100～11O℃ ，则沉积物自燃就可避免。

2)空压机至储气罐间的管路必须避免出现急剧扩张、突起部分及特别低陷。

3)使用合格的润滑油，操作工应控制好耗油量。经常清洗油水分离器，排放油水分离器、储气罐、冷却器中的润滑油，杜绝汽缸内串入机油。

4)冷却水压力在0.1～0.15MPa．温度不高于35℃．入水和回水温度在6℃～12℃，要使用软化处理水。无条件使用软化水时．要尽量少补充冷却水，做到冷却不循环使用不外流。

5)对滤风器、管路、风包、冷却器和管网水垢定期清扫。清洗工序为：5％苛性钠浸泡8h～清水冲～高温干燥压风吹开干。

6)采用超温报警停机，定期检修整定安全保护装置，对一级排气安全阀定期卸下进行整定效验。

（4）露天使用必须有防雨雪、防曝晒措施。冬季环境温度不宜低于5℃；夏季环境气温宜保持在35℃以下。

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