摘  要：通過(guò)對(duì)空分KDON-4500/9000裝置配大型壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的振動(dòng)及受力分析，從操作使用角度來(lái)探討提高壓縮機(jī)在生產(chǎn)中的平穩(wěn)、連續(xù)運(yùn)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(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，以利于更好地使用這些設(shè)備而指導(dǎo)于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作。
        關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)  受力分析  典型事例  振動(dòng)監(jiān)測(cè)  實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)  指導(dǎo)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(tái)大型壓縮機(jī)，其中八臺(tái)大型離心式壓縮機(jī)（具體如下表1）,五臺(tái)大型活塞式壓縮機(jī)（具體如下表2）。

表1  八臺(tái)離心式壓縮機(jī)參數(shù)

表2  五臺(tái)活塞式壓縮機(jī)參數(shù)

        一、各機(jī)組簡(jiǎn)介:
        1.1各機(jī)組簡(jiǎn)介：
        在上表所列的1#、2#空壓機(jī)為單軸五級(jí)等溫冷卻、水平剖分透平空氣壓縮機(jī)組，原動(dòng)機(jī)采用在自由端配有帶勵(lì)磁裝置的電機(jī)，電機(jī)受扭矩如圖1（a），T1為勵(lì)磁裝置產(chǎn)生扭矩。1#、2#氮壓機(jī)為二段7級(jí)壓縮、二段冷卻的氮?dú)鈮嚎s機(jī)組，原動(dòng)機(jī)采用電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)受扭矩如圖1（c）。3#氮壓機(jī)為3級(jí)壓縮、級(jí)間冷卻的氮?dú)鈮嚎s機(jī)組，原動(dòng)機(jī)采用電機(jī)帶動(dòng)，壓縮機(jī)的非輸入端帶有主油泵，電機(jī)受扭矩如圖1（c）。1#、2#、6#儀壓機(jī)為離心式空氣壓縮機(jī)組，原動(dòng)機(jī)采用電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)的非輸出端均帶有主(輔助)油泵，電機(jī)受扭矩如圖1（a），T*為輔助（主）油泵產(chǎn)生扭矩。其余五臺(tái)活塞機(jī)組：1#、2#氧壓機(jī)原動(dòng)機(jī)為電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)受扭矩如圖1（c）。3#氧壓機(jī)原動(dòng)機(jī)為電機(jī)帶動(dòng)，壓縮機(jī)的非輸入端帶有主油泵，電機(jī)受扭矩如圖1（c）。3#、4#儀壓機(jī)原動(dòng)機(jī)為電機(jī)帶動(dòng)，電機(jī)的非輸出端帶有碳刷，電機(jī)受扭矩如圖1（b）。

圖1   各臺(tái)壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)扭矩示意

                  

                               (a)                                   (b)                                       (c)
         注：  T1（T*）：勵(lì)磁裝置（輔助（主）油泵）扭矩  
                   T：主電機(jī)扭矩                        T2：電機(jī)輸出扭矩
                   A：電機(jī)非輸出端軸承             B：電機(jī)輸出端軸承

        以上各個(gè)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)均為電機(jī)帶動(dòng)，所不同的是：1#、2#空壓機(jī)、1#、2#儀壓機(jī)、6#儀壓機(jī)、3#  、4#儀壓機(jī)等七臺(tái)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)，在電機(jī)的非輸出端均帶有不同的負(fù)載，即機(jī)組的主（輔助）油泵或者勵(lì)磁裝置。尤其是前五臺(tái)機(jī)組，電機(jī)負(fù)載在軸承外側(cè)自由端，電機(jī)受扭矩如圖1（a），在自由端形成扭矩T1（T*）。另外六臺(tái)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)的非輸出端沒(méi)有帶任何的載荷。在以上的十三臺(tái)機(jī)組中，都在設(shè)計(jì)中對(duì)機(jī)組本體的不同部位進(jìn)行了振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，但是，均沒(méi)有做原動(dòng)機(jī)各個(gè)部位的監(jiān)測(cè)，在機(jī)組的原始設(shè)計(jì)中，都沒(méi)有考慮機(jī)組的原動(dòng)機(jī)的振動(dòng)情況。
        1.2 原動(dòng)機(jī)在非輸出端（自由端）帶有負(fù)載的受力分析
        尤其是原動(dòng)機(jī)在非輸出端（自由端）帶有負(fù)載的結(jié)構(gòu)下，原動(dòng)機(jī)的受力情況發(fā)生了變化，原動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸形成“細(xì)長(zhǎng)軸”結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)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(shí)軸內(nèi)的各點(diǎn)既有彎曲正應(yīng)力，又有扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，如圖2。根據(jù)“平面假設(shè)”理論，會(huì)在軸上產(chǎn)生微小的幾何變形，形成撓曲線。在A點(diǎn)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(dòng)變大。由此，使傳動(dòng)軸的受力情況得到合理安排是非常必要的。這時(shí)，原動(dòng)機(jī)的非輸出端就需要做振動(dòng)等監(jiān)測(cè)。在原動(dòng)機(jī)的非輸出端工作的負(fù)載即機(jī)組的輔助（主）油泵或者勵(lì)磁裝置的工作情況、工作的連續(xù)性等受到原動(dòng)機(jī)的非輸出端工作情況的影響，尤其是振動(dòng)的影響，而且，機(jī)組的輔助（主）油泵或者勵(lì)磁裝置的振動(dòng)，往往是隨著原動(dòng)機(jī)的非輸出端振動(dòng)的變化而變化的。

圖2  壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)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(yàn)
        2.1  6#儀壓機(jī)油壓低聯(lián)鎖跳車事件
        事件經(jīng)過(guò)：某年9月4日20:45分6#儀壓機(jī)聯(lián)鎖跳車，計(jì)算機(jī)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(jī)動(dòng)處、鉗工、電氣、儀表車間到現(xiàn)場(chǎng)檢查，21:30分再次啟動(dòng)6#儀壓機(jī)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)后，油壓沒(méi)有上升，反而從0.156MPa降到了聯(lián)鎖點(diǎn)0.082MPa，6#儀壓機(jī)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(shí)工作時(shí)，調(diào)節(jié)閥處于全開(kāi)狀態(tài)，把油全部由旁路泄掉了，導(dǎo)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(kāi)機(jī)查找問(wèn)題，現(xiàn)象同昨日，拆下調(diào)節(jié)閥讓儀表重新校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥工作正常。
下午16:00時(shí)，再次啟動(dòng)6#儀壓機(jī)，壓縮機(jī)啟動(dòng)后發(fā)現(xiàn)輔助油泵自動(dòng)停機(jī)，油壓降到零后輔助油泵又自動(dòng)啟動(dòng)，在輔助油泵停機(jī)與啟動(dòng)的間隙導(dǎo)致油壓低聯(lián)鎖6#儀壓機(jī)機(jī)組跳車，后經(jīng)分析認(rèn)為主油泵出現(xiàn)故障（此油泵是在電機(jī)的非輸出端，由主電機(jī)帶動(dòng)。即是上文提到的“原動(dòng)機(jī)在非輸出端帶有負(fù)載的結(jié)構(gòu)”情況）。聯(lián)系鉗工打開(kāi)油泵聯(lián)軸器保護(hù)罩后發(fā)現(xiàn)主油泵聯(lián)軸器已破碎。事后經(jīng)過(guò)一系列的修理、試運(yùn)等，工作基本正常。在這些過(guò)程中，做主油泵的振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值偏大，經(jīng)過(guò)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(dòng)機(jī)在非輸出端帶有負(fù)載的結(jié)構(gòu)下，對(duì)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)就顯得非常有必要了。通過(guò)對(duì)原動(dòng)機(jī)軸承的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)地反應(yīng)出原動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載的工作情況。從而，可以有效地在其工況不正常的時(shí)候迅速發(fā)現(xiàn)，及時(shí)地給以消除。進(jìn)一步有力地保障了機(jī)組的連續(xù)、平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，以上所提到的十三臺(tái)大型壓縮機(jī)組均沒(méi)有設(shè)計(jì)在原動(dòng)機(jī)的軸承、負(fù)載等位置的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。由此，在適當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)振動(dòng)（也可以包括溫度等），對(duì)原動(dòng)機(jī)及其負(fù)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(shí)心中有數(shù)。
        2.2  其余機(jī)組的工況監(jiān)測(cè)
        在這種情況下，對(duì)其他幾臺(tái)機(jī)組的原動(dòng)機(jī)的兩端軸承或者負(fù)載也做了垂直、水平的振動(dòng)（溫度）測(cè)量。發(fā)現(xiàn)各個(gè)機(jī)組的振動(dòng)各有不同，但是基本平穩(wěn)。從表3中可以看出，6#儀壓機(jī)的原動(dòng)機(jī)所帶的負(fù)載——主油泵的振動(dòng)值偏大。這恰恰是上列事件中損壞的機(jī)泵。（具體數(shù)值見(jiàn)下表3）。

表3   五臺(tái)壓縮機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)

     注：（1）1#  2#空壓機(jī)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(jī)數(shù)據(jù)采用10月22日數(shù)值
        三、原動(dòng)機(jī)負(fù)載工況的其他影響因素
        在上述的十三臺(tái)壓縮機(jī)中，有七臺(tái)機(jī)組采用了原動(dòng)機(jī)在非輸出端帶有負(fù)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(dòng)油泵等所需的其他的原動(dòng)機(jī)?？梢允乖O(shè)備適當(dāng)?shù)臏p少一些，利用了主電極的“富余”能量。同時(shí) ，在所帶負(fù)載有效工作時(shí)，還可以保證機(jī)組與主油泵工作的同步性。但是，在這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，就不可避免地使得原動(dòng)機(jī)非輸出端的軸的長(zhǎng)度必須適當(dāng)加長(zhǎng)（相對(duì)與在原動(dòng)機(jī)非輸出端未帶有負(fù)載結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)）。由于軸的自由端的加長(zhǎng)，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(zhǎng)，會(huì)造成所帶負(fù)載的工況更加的不穩(wěn)定，從而使振動(dòng)等增加。尤其是軸的自由端越長(zhǎng)，自由端沒(méi)有適當(dāng)?shù)募s束，就為原動(dòng)機(jī)負(fù)載工作的穩(wěn)定性、連續(xù)性埋下了隱患。還有，壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的動(dòng)平衡，基礎(chǔ)的穩(wěn)定性等也分別是其原因之一。
        針對(duì)以上情況，采取以下措施：
        1、在所有壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的兩端軸承處，進(jìn)行垂直、水平的振動(dòng)監(jiān)測(cè)。并且根據(jù)具體的情況，決定檢測(cè)的周期。
        2、在機(jī)組原動(dòng)機(jī)非輸出端帶有負(fù)載的結(jié)構(gòu)下，還可以對(duì)負(fù)載進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)、溫度等的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)周期由負(fù)載的工況而定。
        3、在機(jī)組原動(dòng)機(jī)非輸出端帶有負(fù)載的結(jié)構(gòu)下，如果形成的自由端過(guò)長(zhǎng)，可以給自由端適當(dāng)?shù)募s束，使負(fù)載自身不再“承載”。合理安排軸的受力情況。
        4、壓縮機(jī)原動(dòng)機(jī)的工作情況，也應(yīng)由其他相關(guān)專業(yè)定期的監(jiān)測(cè)。

        結(jié)語(yǔ)
        經(jīng)過(guò)幾年的生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行，在空分裝置中，大型壓縮機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行越來(lái)越受到重視。只有大型壓縮機(jī)連續(xù)、平穩(wěn)地運(yùn)行，才能有效的保證空分裝置連續(xù)、平穩(wěn)地運(yùn)行，從而更好的服務(wù)于全廠用氧、氮、風(fēng)，操作人員的技術(shù)水平才能有效地得以提高。