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【摘 要】离心式压缩机作为化工炼油生产中压缩和输送气体的关键设备，针对其振动故障的种种可能因素，包括油膜振动、临界转速、结构共振、不平衡振动、喘振、转子对中不良等分析常见的故障产生原因和故障特性，提出合理可行的解决措施。
【关键词】离心式压缩机；振动；转子；共振；喘振
1.概述
离心式压缩机是化工炼油生产中压缩和输送各种气体的关键设备，占有极其重要的地位。振动是造成其发生故障的主要原因，常见的振动故障有油膜振荡、临界转速、结构共振、不平衡振动、喘振、转子对中不良等，下面分别对各种振动产生的机理及特征进行阐述。
2.油膜振荡
油膜振动现象是滑动轴承油膜引起的一种自激振动。假定转子平衡非常好，在一定的转速范围内，轴径中心处于轴承的一个相对稳定的位置上。当转子角速度增大到一定数值时。在油膜的作用力下，轴径中心将不再保持在一个稳定的位置上，而是被迫绕其平衡位置涡动，这就是转子在油膜作用下发生的油膜自激振动。它的重要特性是：转子涡动角速度基本上为转子角速度的一半，因此习惯称为半速涡动。其中交叉刚度是引起涡动的主要因素。
转子与轴承系统失稳以后。在一定的转速下交叉刚度所做的功与阻尼吸收的功达到平衡，存在一个极限涡动轨迹。随着转速增加，涡动轨迹扩大。油膜刚度增加，转子与油膜这两个串联弹性系统的总刚度也增加，因而系统的固定频率增加。这就使得失稳后滑动频率随着转速的增加而增加，保持涡动比基本不变。但随着转速的增加，当油膜刚度远远超过转子刚度时。系统刚度逐渐接近转子刚度，即系统的固有频率主要由转子刚度决定。以后随着油膜刚度的提高，涡动角速度只能越来越接近于转子的第一临界速度，这就是所谓的油膜振荡。
2.1油膜振荡特性
油膜振荡在一阶临界转速的二倍以上时发生。一旦发生振荡，振幅急剧加大，即使再提高转速，振幅也不会下降；油膜振荡时，轴心的涡动频率为转子一阶固有频率；油膜振荡时，轴心的涡动方向与转子旋转方向相同；油膜振荡具有惯性效应，升速时，产生油膜振荡的转速和降速时油膜振荡消失的转速不相同，消失转速要低一些，油膜振荡还有突然发生、振动剧烈，会出现间歇性和吼叫声等特点。
2.2消除油膜振荡的措施
油膜自激涡动与转子及轴承都有关系。要提高稳定性，防止油膜自激振动的发生，应从提高转子刚度和改变轴承运行状态两方面着手。如：①增加转子系统的刚度。转子固有频率越高，产生油膜振荡的失稳转速也越高；②增大轴承承载系数；③选择合适的轴承形式和轴承参数。可倾瓦轴承抗振性最好，多油楔、三油楔、椭圆轴承次之，圆柱轴承最差；④改变进油温度或换油（即改变润滑油的黏度）；⑤增加外阻尼；⑥改变轴承间隙；⑦改变进油压力。
3.临界转速
转子在临界转速附近运行，即在共振转速区运行，由于必然存在的残余不平衡以及在运行中可能产生的新的不平衡，要出现共振，一般来说，振动比较剧烈。造成转子在临界转速附近运行的主要原因有以下几个方面：①在设计中，由于临界转速计算不准，因而使工作转速落入共振转速区；②对于电动机拖动的压缩机，在运行中由于电网频率波动太大，可能迫使转子进入共振转速区；③对于柔性转子，在起动过程中，在临界转速附近停留；④临界转速与轴承系统的约束条件有着密切关系。当轴承间隙留的很小时，油膜被挤压得很硬，刚度很大，临界转速有所提高，反之则有所降低，油的粘度也有影响。
3.1临界共振特性
临界共振特性包括：①振动有一个敏感区，既共振转速区。转速在这个范围，转子就会产生剧烈振动。离开这个转速区，剧烈振动就会消失。但不具备突发性；②振动的频率一般和转速的频率一致。在某些条件下（如转子刚度各向异性），也可能是转速频率的倍数；③在振动波形方面，随着接近临界转速，振动波形呈现较好的正弦波；④转子的涡动方向和转向相同。
3.2消除临界共振的措施
消除临界共振的措施如下：①使工作转速避开临界转速区域；②调开临界转速，改变转子尺寸或轴承、支撑座的动特性；③增加阻尼。
4.结构共振
结构共振是由于作用在某个构件（如轴承座、台板、机壳）上的激振力频率和构件固有频率相同引起的。其本质和转子临界转速时共振相同。激振力的频率可以由计算分析或由实测的振动信号进行频谱分析得到，而构件的固有频率通常用激振的方法来确定。针对结构共振的原因，可采取如下措施消除结构共振：①改变构件的动特性（如改变构件的刚度）；②改变激振力的频率；③增加外阻尼及减振器。
5.不平衡振动
不平衡振动通常是由于转子材料不均匀、结构不对称、加工和装配误差等原因而产生的质量偏心引起的。此外，与热不平衡、转子初始弯曲、联轴器误差、轴系对中不良等因素也有关。
5.1不平衡振动特性
不平衡振动特性包括：①对于刚性转子或转子在比第一阶临界转速低很多的转速下运行时，由于不平衡产生的离心力与转速的平方成正比，轴承座的振动随转速增高而加大，但不一定与转速的平方成正比，这是因为轴承、支撑座刚度也是转速的函数；②振动频率与转速频率相同，涡动方向与转向相同；③振动波形为比较光滑、比较规则的正弦波；④在某些情况下。不平衡离心力还可能激起高次谐波共振荡。其频谱图特点是，除了占主要地位的转速频率成分以外，还有比较明显的二倍频、四倍频等高频成分，形成“圣诞树”型频谱图；⑤热不平衡的一个重要特点是：刚启动时，机组振动不大，振动随着机组温度的升高而逐渐加剧。
5.2消除不平衡振动的措施
消除不平衡振動的措施如下：①为消除转子或轴系质量偏心引起的不平衡振动，可在平衡试验机上或在现场整机上进行平衡；②用平衡的方法也可以减少各种原因造成的转子弯曲而引起的不平衡振动。但从理论上说，只能完全消除某一转速下由转子弯曲引起的不平衡振动，而不能所有转速下的不平衡振动。 6.喘振
在离心式压缩机的运行中，喘振是最恶劣、最危险的工况，产生喘振的原因是由于某种原因使压缩机流量太小，影响和破坏的压缩机的正常工况，使气体打不出去。压缩机的出口管网中的高压气体倒流向压缩机内。喘振发生时，在整个系统内发生周期性的轴向低频大振幅的气体振荡现象，引起机组剧烈的低频振动。一般情况下，新设备在安装调试过程中，都要进行喘振试验，使得设备在运转过程中远离喘振区，保证设备在良好的状态下运行。
6.1喘振的特性
喘振的特性包括：①压缩机的进、出口流量和压力都出现大幅度的波动；②电动机功率发生大幅度的变化；③发出可怕的低叫声和气体倒流时止回阀时开时关的撞击声；④整个机组发生剧烈的振动。
6.2喘振的消除措施
消除喘振的措施如下：①设计时合理选择各级之间流量系数；②装设可转动导叶；③安装防喘振气阀。
7.转子对中不良
由于转子对中不良，也可能引起机组较大的振动。造成对中不良可能的原因有：①由于装配中对中没找好；②由于运动中热膨胀等原因，使对中情况受到较大的破坏；③由于机组管道应力过大或基础不均匀下沉等原因，也将导致对中被破坏。
从频谱特征上看，由于转子不对中引起的振动。主要是转速频率成分及二倍频、三倍频等高频成分，情况比较复杂。如果由于不对中而造成转子强迫弯曲，将主要使转速频率成分增大，对于平行不对中情况。则将主要造成二倍频等高频成分。
7.1转子对中不良的特征
转子对中不良的特征包括：①主要与联轴器靠近的轴承振动大；②振动程度与负荷关系大。
7.2消除转子对中不良的措施
消除转子对中不良的措施如下：①采用齿式联轴器；②从联轴器本身来说，除保证足够的加工精度外，还要有足够的长度，才能保证联轴器具有较好的补偿能力。
8.結语
综上所述，引起离心式压缩机振动故障的原因有很多种，只要我们认真观察机组运行中的振动特点和规律。判断原因，采用合理对策，平时多判断，多预防。减少机组发生故障的几率，就能够大大提高设备的利用率。提高生产的经济效益。
参考文献：
[1]《离心压缩机的调节与保护》；王志清编著；机械工业出版社.
[2]《离心压缩机》；朱报帧，郭涛编著；西安交通大学出版社.
【关键词】离心式压缩机；振动；转子；共振；喘振
1.概述
离心式压缩机是化工炼油生产中压缩和输送各种气体的关键设备，占有极其重要的地位。振动是造成其发生故障的主要原因，常见的振动故障有油膜振荡、临界转速、结构共振、不平衡振动、喘振、转子对中不良等，下面分别对各种振动产生的机理及特征进行阐述。
2.油膜振荡
油膜振动现象是滑动轴承油膜引起的一种自激振动。假定转子平衡非常好，在一定的转速范围内，轴径中心处于轴承的一个相对稳定的位置上。当转子角速度增大到一定数值时。在油膜的作用力下，轴径中心将不再保持在一个稳定的位置上，而是被迫绕其平衡位置涡动，这就是转子在油膜作用下发生的油膜自激振动。它的重要特性是：转子涡动角速度基本上为转子角速度的一半，因此习惯称为半速涡动。其中交叉刚度是引起涡动的主要因素。
转子与轴承系统失稳以后。在一定的转速下交叉刚度所做的功与阻尼吸收的功达到平衡，存在一个极限涡动轨迹。随着转速增加，涡动轨迹扩大。油膜刚度增加，转子与油膜这两个串联弹性系统的总刚度也增加，因而系统的固定频率增加。这就使得失稳后滑动频率随着转速的增加而增加，保持涡动比基本不变。但随着转速的增加，当油膜刚度远远超过转子刚度时。系统刚度逐渐接近转子刚度，即系统的固有频率主要由转子刚度决定。以后随着油膜刚度的提高，涡动角速度只能越来越接近于转子的第一临界速度，这就是所谓的油膜振荡。
2.1油膜振荡特性
油膜振荡在一阶临界转速的二倍以上时发生。一旦发生振荡，振幅急剧加大，即使再提高转速，振幅也不会下降；油膜振荡时，轴心的涡动频率为转子一阶固有频率；油膜振荡时，轴心的涡动方向与转子旋转方向相同；油膜振荡具有惯性效应，升速时，产生油膜振荡的转速和降速时油膜振荡消失的转速不相同，消失转速要低一些，油膜振荡还有突然发生、振动剧烈，会出现间歇性和吼叫声等特点。
2.2消除油膜振荡的措施
油膜自激涡动与转子及轴承都有关系。要提高稳定性，防止油膜自激振动的发生，应从提高转子刚度和改变轴承运行状态两方面着手。如：①增加转子系统的刚度。转子固有频率越高，产生油膜振荡的失稳转速也越高；②增大轴承承载系数；③选择合适的轴承形式和轴承参数。可倾瓦轴承抗振性最好，多油楔、三油楔、椭圆轴承次之，圆柱轴承最差；④改变进油温度或换油（即改变润滑油的黏度）；⑤增加外阻尼；⑥改变轴承间隙；⑦改变进油压力。
3.临界转速
转子在临界转速附近运行，即在共振转速区运行，由于必然存在的残余不平衡以及在运行中可能产生的新的不平衡，要出现共振，一般来说，振动比较剧烈。造成转子在临界转速附近运行的主要原因有以下几个方面：①在设计中，由于临界转速计算不准，因而使工作转速落入共振转速区；②对于电动机拖动的压缩机，在运行中由于电网频率波动太大，可能迫使转子进入共振转速区；③对于柔性转子，在起动过程中，在临界转速附近停留；④临界转速与轴承系统的约束条件有着密切关系。当轴承间隙留的很小时，油膜被挤压得很硬，刚度很大，临界转速有所提高，反之则有所降低，油的粘度也有影响。
3.1临界共振特性
临界共振特性包括：①振动有一个敏感区，既共振转速区。转速在这个范围，转子就会产生剧烈振动。离开这个转速区，剧烈振动就会消失。但不具备突发性；②振动的频率一般和转速的频率一致。在某些条件下（如转子刚度各向异性），也可能是转速频率的倍数；③在振动波形方面，随着接近临界转速，振动波形呈现较好的正弦波；④转子的涡动方向和转向相同。
3.2消除临界共振的措施
消除临界共振的措施如下：①使工作转速避开临界转速区域；②调开临界转速，改变转子尺寸或轴承、支撑座的动特性；③增加阻尼。
4.结构共振
结构共振是由于作用在某个构件（如轴承座、台板、机壳）上的激振力频率和构件固有频率相同引起的。其本质和转子临界转速时共振相同。激振力的频率可以由计算分析或由实测的振动信号进行频谱分析得到，而构件的固有频率通常用激振的方法来确定。针对结构共振的原因，可采取如下措施消除结构共振：①改变构件的动特性（如改变构件的刚度）；②改变激振力的频率；③增加外阻尼及减振器。
5.不平衡振动
不平衡振动通常是由于转子材料不均匀、结构不对称、加工和装配误差等原因而产生的质量偏心引起的。此外，与热不平衡、转子初始弯曲、联轴器误差、轴系对中不良等因素也有关。
5.1不平衡振动特性
不平衡振动特性包括：①对于刚性转子或转子在比第一阶临界转速低很多的转速下运行时，由于不平衡产生的离心力与转速的平方成正比，轴承座的振动随转速增高而加大，但不一定与转速的平方成正比，这是因为轴承、支撑座刚度也是转速的函数；②振动频率与转速频率相同，涡动方向与转向相同；③振动波形为比较光滑、比较规则的正弦波；④在某些情况下。不平衡离心力还可能激起高次谐波共振荡。其频谱图特点是，除了占主要地位的转速频率成分以外，还有比较明显的二倍频、四倍频等高频成分，形成“圣诞树”型频谱图；⑤热不平衡的一个重要特点是：刚启动时，机组振动不大，振动随着机组温度的升高而逐渐加剧。
5.2消除不平衡振动的措施
消除不平衡振動的措施如下：①为消除转子或轴系质量偏心引起的不平衡振动，可在平衡试验机上或在现场整机上进行平衡；②用平衡的方法也可以减少各种原因造成的转子弯曲而引起的不平衡振动。但从理论上说，只能完全消除某一转速下由转子弯曲引起的不平衡振动，而不能所有转速下的不平衡振动。 6.喘振
在离心式压缩机的运行中，喘振是最恶劣、最危险的工况，产生喘振的原因是由于某种原因使压缩机流量太小，影响和破坏的压缩机的正常工况，使气体打不出去。压缩机的出口管网中的高压气体倒流向压缩机内。喘振发生时，在整个系统内发生周期性的轴向低频大振幅的气体振荡现象，引起机组剧烈的低频振动。一般情况下，新设备在安装调试过程中，都要进行喘振试验，使得设备在运转过程中远离喘振区，保证设备在良好的状态下运行。
6.1喘振的特性
喘振的特性包括：①压缩机的进、出口流量和压力都出现大幅度的波动；②电动机功率发生大幅度的变化；③发出可怕的低叫声和气体倒流时止回阀时开时关的撞击声；④整个机组发生剧烈的振动。
6.2喘振的消除措施
消除喘振的措施如下：①设计时合理选择各级之间流量系数；②装设可转动导叶；③安装防喘振气阀。
7.转子对中不良
由于转子对中不良，也可能引起机组较大的振动。造成对中不良可能的原因有：①由于装配中对中没找好；②由于运动中热膨胀等原因，使对中情况受到较大的破坏；③由于机组管道应力过大或基础不均匀下沉等原因，也将导致对中被破坏。
从频谱特征上看，由于转子不对中引起的振动。主要是转速频率成分及二倍频、三倍频等高频成分，情况比较复杂。如果由于不对中而造成转子强迫弯曲，将主要使转速频率成分增大，对于平行不对中情况。则将主要造成二倍频等高频成分。
7.1转子对中不良的特征
转子对中不良的特征包括：①主要与联轴器靠近的轴承振动大；②振动程度与负荷关系大。
7.2消除转子对中不良的措施
消除转子对中不良的措施如下：①采用齿式联轴器；②从联轴器本身来说，除保证足够的加工精度外，还要有足够的长度，才能保证联轴器具有较好的补偿能力。
8.結语
综上所述，引起离心式压缩机振动故障的原因有很多种，只要我们认真观察机组运行中的振动特点和规律。判断原因，采用合理对策，平时多判断，多预防。减少机组发生故障的几率，就能够大大提高设备的利用率。提高生产的经济效益。
参考文献：
[1]《离心压缩机的调节与保护》；王志清编著；机械工业出版社.
[2]《离心压缩机》；朱报帧，郭涛编著；西安交通大学出版社.