离心式压缩机的 Vibration 监测

离心式压缩机利用离心力产生压力,广泛应用于各种场合。该压缩机先将空气从叶轮中心加速,然后在扩压器中使其减速。在此空气膨胀过程中,动能被转化为以气压形式存在的势能。

多级离心压缩机,尤其是三级压缩机,在许多工厂中均有应用且不可或缺。每个单独的压缩级可产生2:1至3:1的压力比,随后增加的第三级可将压力比提升至8:1。三级压缩机的另一大优势在于,可在每个压缩级对温度和湿度进行简单调控。

离心式压缩机是一种复杂的机械设备,由许多部件组成:

  • 电机
  • 用于驱动空气压缩阶段的主齿轮。
  • 进气节流阀或进气导叶(IGVs)
  • 第一级空气压缩
  • 中冷器 1
  • 第二级空气压缩
  • 中冷器 2
  • 第三级空气压缩
  • 后冷却器
  • 泄压阀
  • 止回阀
  • 控制面板
图1. 离心式空气压缩机的基本组件和工作过程。

应用

现代离心式空气压缩机高效、可靠且结构紧凑,通常将驱动装置、减速机、冷却系统、管道和控制面板集成于单一基座之上。现代离心式空气压缩机采用先进技术,为终端用户带来诸多益处。这些益处包括无油供气、安装简便、运行成本低廉以及维护便捷。因此,离心式压缩机被广泛应用于众多行业:

  • 石油与天然气
  • 化学
  • 石化
  • 能源
  • 纸浆与造纸行业
  • 食品行业
  • 纺织行业
图2. 离心式空气压缩机的典型应用。

缺陷与原因

离心式压缩机的故障或机械失效可能会对工厂的生产过程造成严重后果。这不仅会导致其他设备出现故障,还会给人员和环境带来更大的安全风险,造成生产 downtime、生产收入损失以及昂贵的维修费用。

故障可能由多种原因引起,但最常见的是机械部件故障,其原因包括不平衡、对中不良、金属疲劳、润滑不足或不当、密封故障以及物质积聚。

图3. 某炼油厂离心式压缩机发生机械故障的示例。由此造成的经济损失不仅包括设备损坏,还包括因生产 downtime导致的重大产量损失。

轴是压缩机构中传递运动和承受力的关键旋转部件。轴承安装在壳体上,用于支撑轴和轴体本身。因此,轴的振动或轴承壳体的振动是离心式空气压缩机系统出现多种问题的最初征兆,也是可靠的指示指标。

设备监测

对于许多工厂而言,离心式压缩机的可靠运行至关重要。因此,通过监测这些设备的各项指标来了解设备状态,从而预防故障,这一点非常重要。 Vibration 监测是最常用的方法之一,它能在潜在故障造成严重后果之前迅速检测到。因此,实施振动监测能带来诸多益处,这些益处综合起来可确保更好的财务业绩:

  • 它提高了设备运行时间和产量
  • 它可防止意外的 downtime 和维修工作
  • 这有助于高效的维护规划

美国石油协会(API)是机器监测标准制定的主要倡导者,其制定的API-670标准被众多旋转机械终端用户采用。自1970年以来,API已认可 proximity 传感器作为在工厂验收测试(FAT)中确定轴振动是否在可接受范围内的合适测量仪器。随后,API 670标准又补充了关于齿轮箱振动测量中外壳温度和材料的相关内容。

2001年,API 670标准再次修订,并更名为《机械保护标准》。自此,API 670已成为全球应用最广泛的振动监测标准,因为它包含了振动监测系统公认的“良好技术实践”。

图4摘自API标准,显示在配备流体动力轴承的离心式压缩机上,必须安装至少两个轴向振动传感器和两对径向振动传感器(X和Y),才能正确监测轴振动。根据经验,我们还建议在轴承座上安装至少一套地震振动传感器,以监测轴承座的振动。

图4. 配备流体动力轴承的离心式压缩机的API 670典型系统配置。

传感器

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对于三级离心压缩机的监测,建议在每个叶轮上至少安装一个传感器以测量径向振动,并至少安装一个地震传感器以测量齿轮箱的振动。4-20mA信号可传输至PLC/DCS,而经过缓冲处理的原始信号可用于振动分析。为了获得全面的振动状况,还必须在每个轴承处安装XY测量系统,使用两个传感器。

图5. 离心式空气压缩机上的传感器定位。