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摘 要：测试某工厂的离心压缩机转子振动故障，通过分析在不同时刻以及不同转速下的振动频谱特征、时域特征以及启动时以及在工作转速之下的轴振变化趋势，发现转子与密封之间的碰磨是导致转子故障的主要因素。把转子退出隔板密封之后，运行无异常，且效果较为灵活，说明转子故障原因判断正确，因此积极对密封间隙进行了调整，有效消除转子的振动故障，机组的整体运行效果良好且无异常。
关键词：离心压缩机转子;密封碰磨;故障诊断;特征
1 振动特征及故障原因分析
为了寻找离心压缩机转子的故障原因，需要对该机组进行振动频谱分析，利用该机组所安装的转子振动位移测量涡流传感器采集振动信号，将频谱分析仪接入本特利 3500 的缓存输出口，采集原始电压信号，对原始电压信号的波形进行傅立叶变换，对构成的波形频谱图进行分析，判断故障原因。
1.1振动特征
对启动过程以及运行过程中的轴振进行分析，得到下列特征：第一，达到工作转速之后的转子振动特征：在转子转速达到工作转速之后的十三分钟，振动的成分只包括工频。而在轴振爬升发生七分钟之后，振动成分依然只包括工频。第二，轴振趋势特征：电机的启动速度较快，因此转子转速达到工作转速的时间也较少。能够发现在加速的过程中，转子在经过临界转速的时候，轴振较为明显，但是在短时间内又恢复至正常值。在转子转速达到工作转速的十三分钟之后，轴振处于正常状态;接着轴振爬升，爬升六分钟之后，离心压缩机驱动端的轴振大于 100μm，最终机组振动达到连锁停机值，机组停车。第三，加速过程的振动特征：转子转速在达到临界转速之前轴振的时域及频谱，在转子转速经过临界转速之前，主要的振动成为工频，占通频的百分之九十五左右，存在少部分的二倍频。观察轴振的视域，发现其存在轻微的削波状况。当转子转速即将到达临界转速的时候，转子振动显著增大，工频是主要的振动成分，振动为简单的谐波。在转子转速过临界转速之后，转子振动明显减小，工频是主要的振动成分，存在较为明显的二倍频，此时轴振波峰出现明显波动。
1.2故障原因初步分析
在转子达到工作转速之后，工频为主要的振动成分，说明振动极有可能是质量平衡性不足而导致的，经初步分析，造成质量平衡性不足的原因包括：第一，运行时转子出现热弯曲;第二，原始质量平衡性不足;第三，原始轴弯曲。观察振動的趋势，发现转子在一开始的时候并无太大振动，说明原始轴弯曲以及原始质量平衡性不足不是轴振的原因，通过对机组进行检查，也并未发现轴弯曲，工作人员也采取了低速动平衡措施，但是振动故障仍存在，表示原始轴弯曲以及原始质量平衡性不足并非振动爬升的原因。为了确定轴振与工况的关系，在制定测试方案的时候，选择将进气阀关闭，测试结果显示，在启动过程中以及试运转过程中，工况无变化，所以将工况原因排除。最终认为转子和密封摩擦所造成的热弯曲与轴振有密切关系，因为热弯曲只是一个短期过程，因此在机组停机之后，转子又会恢复至正常状态。
2故障验证及其处理措施
2.1故障原因的实验验证
通过分析在试运转时轴振的频谱以及时域，按照相关转子碰磨理论以及现场调研结果，判断转子与密封的碰磨是导致转子出现振动故障的主要因素。为了对此结论进行验证，将各级轮盖密封、1、2 级密封级间密封、3、4 级级间密封以及段间密封去掉，开展试运行。试运行时间为 100 分钟，在试运行结束后，观察机组在无密封试运行时的轴振趋势，发现在出气方轴承周围的轴振均 <25 微米;观察在加速时的轴振频谱，发现工频是主要的振动成分，且存在较为明显的三倍频以及二倍频。在转子转速达到工作转速之后的轴振频谱中，工频是主要的振动成分。在试运行期间，转子无振动爬升现象。由此确定了转子与密封的碰磨是导致转子出现故障的主要因素，在热效应的作用下，激发了第二阶的不平衡分量，从而造成热弯曲振动。出现碰磨是因为在不平衡的作用之下，此离心压缩机的转子会出现一定程度的动挠度，最终导致转子与密封出现摩擦，从而引发热不平衡以及转子热弯曲失去稳定性。
2.2 第一种故障处理措施
因为不能改变转子，因此选择调整转子的径向间隙，一级以及三级叶轮和轮盖密封之间的原始动静间隙为 0.25 毫米至0.35 毫米，将其调整为 0.35 毫米至 0.50 毫米;二级以及四级叶轮和轮盖密封之间的原始动静间隙为 0.25 毫米至 0.35 毫米，将其调整为 0.4 毫米至 0.55 毫米。而一级、二级的级间密封、三级、四级的级间密封以及段间密封的动静密封间隙调整至 0.25 毫米至 0.32 毫米。在修复密封之后，观察机组在试运行时的轴振趋势，发现在出气口轴承周围的轴承 <20 微米，观察加速时的轴承频谱，发现工频为主要的振动成分，且存在较为明显的二倍频。在转子转速达到工作转速之后，观察轴振频谱，发现工频是主要的振动成分。在试运行之后，转子无振动爬升现象，表示振动故障判断正确，且处理效果较为良好。
结语
离心压缩机试运转时出现振动故障，经测试，判断故障是转子与密封碰磨而致。为验证故障原因，将轮盖密封以及隔板密封取出，之后机组的运行效果以及运转状况均较为良好，说明故障的原因诊断正确。在对机组的密封间隙进行相应调整之后，转子的故障得到消除，机组能够正常运行，运转状态及运行效果均良好。
参考文献：
[1]侯峰，杨彩，何永宁，于志强，邢子文.双螺杆制冷压缩机转子轴心轨迹波动特性试验研究[J].流体机械，2021，49（01）：16-21+28.
[2]太兴宇，李凯华，李云，孟继纲，肖忠会，李健伟.考虑弹性基础特性的离心压缩机转子动力学分析[J].风机技术，2020，62（06）：57-63.
[3]杨国林，朱琳琳，郭欢，王宇，李品威.离心压缩机叶轮偏摆对振动的影响[J].中国设备工程，2020（19）：110-112.
（中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，上海 201308）
关键词：离心压缩机转子;密封碰磨;故障诊断;特征
1 振动特征及故障原因分析
为了寻找离心压缩机转子的故障原因，需要对该机组进行振动频谱分析，利用该机组所安装的转子振动位移测量涡流传感器采集振动信号，将频谱分析仪接入本特利 3500 的缓存输出口，采集原始电压信号，对原始电压信号的波形进行傅立叶变换，对构成的波形频谱图进行分析，判断故障原因。
1.1振动特征
对启动过程以及运行过程中的轴振进行分析，得到下列特征：第一，达到工作转速之后的转子振动特征：在转子转速达到工作转速之后的十三分钟，振动的成分只包括工频。而在轴振爬升发生七分钟之后，振动成分依然只包括工频。第二，轴振趋势特征：电机的启动速度较快，因此转子转速达到工作转速的时间也较少。能够发现在加速的过程中，转子在经过临界转速的时候，轴振较为明显，但是在短时间内又恢复至正常值。在转子转速达到工作转速的十三分钟之后，轴振处于正常状态;接着轴振爬升，爬升六分钟之后，离心压缩机驱动端的轴振大于 100μm，最终机组振动达到连锁停机值，机组停车。第三，加速过程的振动特征：转子转速在达到临界转速之前轴振的时域及频谱，在转子转速经过临界转速之前，主要的振动成为工频，占通频的百分之九十五左右，存在少部分的二倍频。观察轴振的视域，发现其存在轻微的削波状况。当转子转速即将到达临界转速的时候，转子振动显著增大，工频是主要的振动成分，振动为简单的谐波。在转子转速过临界转速之后，转子振动明显减小，工频是主要的振动成分，存在较为明显的二倍频，此时轴振波峰出现明显波动。
1.2故障原因初步分析
在转子达到工作转速之后，工频为主要的振动成分，说明振动极有可能是质量平衡性不足而导致的，经初步分析，造成质量平衡性不足的原因包括：第一，运行时转子出现热弯曲;第二，原始质量平衡性不足;第三，原始轴弯曲。观察振動的趋势，发现转子在一开始的时候并无太大振动，说明原始轴弯曲以及原始质量平衡性不足不是轴振的原因，通过对机组进行检查，也并未发现轴弯曲，工作人员也采取了低速动平衡措施，但是振动故障仍存在，表示原始轴弯曲以及原始质量平衡性不足并非振动爬升的原因。为了确定轴振与工况的关系，在制定测试方案的时候，选择将进气阀关闭，测试结果显示，在启动过程中以及试运转过程中，工况无变化，所以将工况原因排除。最终认为转子和密封摩擦所造成的热弯曲与轴振有密切关系，因为热弯曲只是一个短期过程，因此在机组停机之后，转子又会恢复至正常状态。
2故障验证及其处理措施
2.1故障原因的实验验证
通过分析在试运转时轴振的频谱以及时域，按照相关转子碰磨理论以及现场调研结果，判断转子与密封的碰磨是导致转子出现振动故障的主要因素。为了对此结论进行验证，将各级轮盖密封、1、2 级密封级间密封、3、4 级级间密封以及段间密封去掉，开展试运行。试运行时间为 100 分钟，在试运行结束后，观察机组在无密封试运行时的轴振趋势，发现在出气方轴承周围的轴振均 <25 微米;观察在加速时的轴振频谱，发现工频是主要的振动成分，且存在较为明显的三倍频以及二倍频。在转子转速达到工作转速之后的轴振频谱中，工频是主要的振动成分。在试运行期间，转子无振动爬升现象。由此确定了转子与密封的碰磨是导致转子出现故障的主要因素，在热效应的作用下，激发了第二阶的不平衡分量，从而造成热弯曲振动。出现碰磨是因为在不平衡的作用之下，此离心压缩机的转子会出现一定程度的动挠度，最终导致转子与密封出现摩擦，从而引发热不平衡以及转子热弯曲失去稳定性。
2.2 第一种故障处理措施
因为不能改变转子，因此选择调整转子的径向间隙，一级以及三级叶轮和轮盖密封之间的原始动静间隙为 0.25 毫米至0.35 毫米，将其调整为 0.35 毫米至 0.50 毫米;二级以及四级叶轮和轮盖密封之间的原始动静间隙为 0.25 毫米至 0.35 毫米，将其调整为 0.4 毫米至 0.55 毫米。而一级、二级的级间密封、三级、四级的级间密封以及段间密封的动静密封间隙调整至 0.25 毫米至 0.32 毫米。在修复密封之后，观察机组在试运行时的轴振趋势，发现在出气口轴承周围的轴承 <20 微米，观察加速时的轴承频谱，发现工频为主要的振动成分，且存在较为明显的二倍频。在转子转速达到工作转速之后，观察轴振频谱，发现工频是主要的振动成分。在试运行之后，转子无振动爬升现象，表示振动故障判断正确，且处理效果较为良好。
结语
离心压缩机试运转时出现振动故障，经测试，判断故障是转子与密封碰磨而致。为验证故障原因，将轮盖密封以及隔板密封取出，之后机组的运行效果以及运转状况均较为良好，说明故障的原因诊断正确。在对机组的密封间隙进行相应调整之后，转子的故障得到消除，机组能够正常运行，运转状态及运行效果均良好。
参考文献：
[1]侯峰，杨彩，何永宁，于志强，邢子文.双螺杆制冷压缩机转子轴心轨迹波动特性试验研究[J].流体机械，2021，49（01）：16-21+28.
[2]太兴宇，李凯华，李云，孟继纲，肖忠会，李健伟.考虑弹性基础特性的离心压缩机转子动力学分析[J].风机技术，2020，62（06）：57-63.
[3]杨国林，朱琳琳，郭欢，王宇，李品威.离心压缩机叶轮偏摆对振动的影响[J].中国设备工程，2020（19）：110-112.
（中国航发上海商用航空发动机制造有限责任公司，上海 201308）