(沈阳鼓风机集团股份有限公司辽宁沈阳110000)
摘要：某离心压缩机6月27日开车，干气密封流量、机组振动、轴瓦温度、轴位移等参数正常，7月8日压缩机两端4个轴振动监测点振动值在3秒钟内突然急剧上升，非驱动端2个测点超过报警值(轴振动报警值为63.5μm)，其中一测点最高振值达到79μm，接近88.9μm的连锁值。同一时刻轴承温度无明显改变，各工艺量参数也无变化。通过状态监测系统观查振值的变化主要以工频变化为主，同时工频相位也随之大幅变化。
关键词：离心式；压缩机；叶轮断裂；原因；对策；分析
1导言
空气通过进气调节阀进入压缩机进行第一级压缩，叶轮将气体加速；然后气体进入静止的扩压器部分，将速度转化成压力；冷却器冷却压缩气，提高压缩效率。然后气体在低速区通过不锈钢水气分离器除去冷凝水。这样的过程在每一个接续的压缩阶段重复，直到压缩机达到所要求的工作压力。
2离心式压缩机
2.1工作原理
离心式压缩机用于压缩气体的主要部件是高速旋转的叶轮和通流面积逐渐增加的扩压器。简而言之，离心式压缩机的工作原理是通过叶轮对气体作功，在叶轮和扩压器的流道内，利用离心升压作用和降速扩压作用，将机械能转换为气体的压力能的。
更通俗地说，气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速运转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。此后，气体在流经扩压器的通道时，流道截面逐渐增大，前面的气体分子流速降低，后面的气体分子不断涌流向前，使气体的绝大部分动能又转变为静压能，也就是进一步起到增压的作用。显然，叶轮对气体做功是气体得以升高压力的根本原因，而叶轮在单位时间内对单位质量气体作功的多少是与叶轮外缘的圆周速度密切相关的，圆周速度越大，叶轮对气体所作的功就越大。
2.2离心式压缩机应用
离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机（即透平式压缩机）。在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。早期，由于这种压缩机只适于低，中压力、大流量的场合，而不为人们所注意。由于化学工业的发展，各种大型化工厂，炼油厂的建立，离心式压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心式压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复压缩机，而大大地扩大了应用范围。工业用高压离心压缩机的压力有（150-350）×10-5Pa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700×10-5Pa的。作为高炉鼓风用的离心式鼓风机的流量有大至7000m3/min，功率大的有52900KW的，转速一般在10000r/min以上。
有些化工基础原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心式压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其他如石油精炼，制冷等行业中，离心式压缩机也是极为关键的设备。
3断裂叶轮检查
3.1转子宏观检查
对叶盘已开裂脱落、开裂部位及轮盘与叶片焊接连接部位检查，发现两处开裂均起始于叶尖与轮盘外圆的焊接连接处，断口具有典型的疲劳断裂特征。轮盘与叶片焊接部位根部成型不佳，许多部位存在几何不连续现象。
3.2开裂叶轮取样分析
开裂叶轮材料为FV520B，炉冶炼，电渣重熔精炼，经锻造及锻后热处理成棒材，根据实际设计图样，锻造而成。对开裂轮盘样品进行化学成分分析，分析结果表明其化学成分满足相关标准对FV520B的要求。
3.3开裂叶轮断口分析
疲劳源处存在原始裂纹，裂纹扩展区存在典型的疲劳辉纹。
3.4低转速下叶轮频率干涉分析
通过分析用户现场运行数据发现机组实际运行转速范围在4800rpm～7000rpm之间，利用实际转速对叶轮固有频率重新进行干涉检查。结果表明，合成段末级叶轮5节径第1阶固有频率2130Hz与扩压器叶片数OGV=22引发的激振频率存在干涉，有导致振动失效的风险。
3.5叶轮断裂原因
根据宏观、微观原因分析，判断叶轮断裂有以下几中原因。一是合成气压缩机转子叶轮轮盘断裂属疲劳断裂。二是疲劳源区存在原始焊接冷裂纹。三是发生失效的第五级轮盘叶轮与轮盘焊接部位成型不良，一些部位存在焊接冷裂纹及明显几何不连续。四是合成段末级叶轮5节径第1阶固有频率2130Hz与扩压器叶片数OGV=22引发的激振频率存在干涉，有导致振动失效的风险。
4处理方案
4.1修复方案
一是叶轮按照失效形状进行圆整和修型，形成“梅花瓣”型切口，这是针对压缩机叶轮此类失效问题的常用处理措施，同时也有国外厂商在压缩机设计阶段采用该结构形式。主要是基于以下考虑因素：首先减小了叶轮出口区域所受的气动载荷，切断气动载荷对叶轮结构的作用路径，有效降低该区域的应力水平；其次有效增强叶轮出口区域局部刚度；最后改变了对应的模态振型；将叶轮出口两个叶片间的轮盖与轮盘处铣成小梅花瓣形状；轮盘受损部位手工修磨，圆滑过度，对称轮盘部位铣成大梅花瓣形状，以保证转子的高低速动平衡。二是合成段第五级隔板扩压器叶片车间进行手工修磨。
4.2有限元分析计算
经有限元分析计算，合成段末级修复叶轮在跳闸转速下的最大应力为498MPa，满足设计要求。
4.3试验结果
一是转子回装推力盘、半联轴器后，检查叶轮外径、口圈、主轴颈隔套径向机械跳动及轮盘、轮盖端面、口圈端面、推力盘两端面机械跳动，检查结果符合机组工艺要求。二是叶轮定位尺寸测量、检查完成，测量结果符合图纸要求，合格。三是转子驱动端及非驱动端测振区重新滚压修复，驱动端及非驱动端测振区的机械电跳量为2.63um/4.45um，API617标准要求≤5.0um，满足API617标准要求合
格。四是转子低速动平衡试验完成，试验转速600rpm,实际剩余不平衡力矩为426g•mm，机组制造工艺要求允许不平衡力矩为≤523g•mm，满足工艺要求合格。经过3次转子高速动平衡试验，最终试验转速7283rpm,实际驱动端振动速度为0.82mm/s,非驱动端振动速度为0.69mm/s，API617标准要求≤1.0mm/s，满足API617标准要求合格。
5运行建议
一是稳定压缩机上游工艺，稳定合成段进气状态。二是确保汽轮机转速稳定，避免机组转速频繁大幅变化。蒸汽压力尽量保持稳定，从而保证汽轮机转速稳定。三是如需调节出口压力，使用防喘振阀和出口阀门调节。四是将转速提升到5800转速以上。
6结论
通过对上述的内容进行分析研究之后可以得出，总而言之，采取优化措施后，压缩机的检修频率大大降低，由以前每台每月要开盖检修1-2次延长到8个月1次，甚至1年1次。另外，定期对级间管道、扩压器、叶轮进行防腐涂层处理，有效地延长了流道、扩压器、叶轮等结垢周期，有效地提高了压缩机的安全运行性，降低了设备检修维护费用。
参考文献：
[1]祁咏泉.离心式压缩机叶轮断裂原因分析及处理[J].当代化工研究,2018(03):128-130.
[2]高志杰,刘震,李丙寅,胡玉荣,刘霞.离心压缩机首级叶轮贯穿性断裂分析[J].设备管理与维修,2015(02):43-45.
[3]匡中华,孟继纲,刘洋,于德梅,李宗英.某离心压缩机首级叶轮叶片断裂事故分析与改进研究[J].风机技术,2014,56(02):76-79.
[4]刘明霞,张海存,李德林,张建勋,支金花.某离心压缩机叶轮断裂失效原因分析[J].风机技术,2013,55(05):80-83.
[5]毛义军,祁大同,许庆余.离心压缩机叶轮叶片疲劳断裂故障的数值分析[J].西安交通大学学报,2008(11):1336-1339.
[6]王亚勤,王志明.离心压缩机2级叶轮断裂失效分析[J].现代制造工程,2006(01):116-117.