随着長距離天然氣輸送管道的發展，離心式壓縮機組越來越多的投入到生産運行之中。離心式壓縮機組中包含了燃氣發生器、勵磁機、電動機、齒輪箱、壓縮機等旋轉設備，為減少輸送介質的洩漏量，旋轉設備轉子與靜子的間隙通常設計的很小，安裝、檢修及運行中稍有不慎就可能發生動靜摩擦，根據設備類型、發生部位、摩擦程度的不同，摩擦故障的特征亦會有所不同。基于此，對離心式壓縮機組轉子發生的局部徑向摩擦、局部摩擦熱彎曲以及全周摩擦所産生的振動響應進行分析，利用相關故障案例進行驗證，以期為長輸天然氣管道離心式壓縮機組徑向摩擦故障的診斷、排查、處理及維檢修方案的制定提供支持。

·摩擦類型·

摩擦是旋轉部件和靜止部件之間的非正常接觸，其可在徑向、軸向或同時在兩個方向上發生（圖1）。其中，徑向摩擦的發生是由于轉子的平均軸心位置和軸心軌迹相疊加後超出了轉子和定子之間的可用間隙。根據徑向摩擦振動的嚴重程度、故障現象進行分類，可分為局部徑向摩擦、局部摩擦熱彎曲、全周摩擦3種類型。

圖1 3種摩擦類型示意圖

局部徑向摩擦的機制通常涉及轉子與靜止部件發生的臨時滑動接觸，在振動周期中的某一時段，旋轉的轉子會接近，直至接觸靜止部件，此時轉子的速度不為零但靜止部件的速度為零，因而發生摩擦。在某一時刻，轉子會停止與靜子的接觸并離開，進而完成振動周期，在下一個振動周期内，轉子将重複此過程。在一個完整的振動周期内，由于轉子與靜子在停留時間内相互接觸，轉子的振動将受到一定的制約，這種制約在軸心軌迹上表現為“直邊”，在波形圖上表現為“削波”。

當轉子以穩定的轉速運行，并且旋轉周期同振動周期一緻時，徑向摩擦在轉子的同一位置發生，在該位置會産生額外的熱量，若散熱不及時就會導緻轉子表面産生膨脹應力，使轉子産生熱彎曲。這種熱彎曲被稱為局部摩擦熱彎曲，能夠在轉子上産生導緻轉子不平衡的新重點，該重點同原始重點進行矢量相加，可得到動态變化的有效重點，轉子旋轉過程中局部摩擦熱彎曲能夠使有效重點及振動高點在逆向轉子旋轉的方向上移動。

當轉子與靜子持續接觸将産生全周摩擦，此時轉子的軸心軌迹近似于靜子的内輪廓，一般接近于圓形。如果轉子與靜子接觸表面經過潤滑且徑向力很小，緻使摩擦力也很小，轉子振動的方向将與轉子旋轉的方向一緻，發生正進動徑向全周摩擦；如果轉子與靜子接觸表面潤滑不良或者徑向力很大，則摩擦力将反向推動轉子，轉子振動的方向将與轉子旋轉的方向相反，産生反進動全周摩擦。

·典型故障及其原因分析·

■ 局部徑向摩擦

西氣東輸二線瑪納斯站2#電驅離心式壓縮機組電動機（圖2）轉速在3940~3960r/min區間運行期間，當電動機以3948r/min運行時，分别采集電動機驅動端軸承位置x方向、y方向2個振動測點的2個完整振動周期數據，可得到電動機驅動端軸心軌迹及波形圖（圖3），可見，電動機驅動端的軸心軌迹出現明顯的“直邊”（圖3a），x方向振動測點所采集的波形圖存在明顯的“削波”現象（圖3b）。當轉速處于其他範圍内時，無摩擦的迹象。

圖2 西氣東輸二線瑪納斯站2#電驅離心式壓縮機組電動機參數

圖3 某壓氣站電驅離心式壓縮機組電動機以3948r/min運行時驅動端軸心軌迹圖及波形圖

■ 局部摩擦熱彎曲

中俄東線唐山壓氣站3#電驅離心式壓縮機組（圖4）在投産測試期間，電動機轉速提升至3120r/min并保持不變時，勵磁機出現振動異常現象，根據監測到的轉速、振幅及相位曲線圖（圖5）可見，勵磁機軸承位置振動測點采集的轉子振幅由49mm迅速升至150mm，超過電動機振動停機值（125mm），從而發生停機，并且該測點的相位顯著上升。在停機過程中，振動測點振幅升至最高243mm後開始下降。

經過多次啟機試驗均發現，當電動機轉速保持在3120r/min時，勵磁機振動測點會出現振幅快速上升并停機的現象，緻使電動機在最低工作轉速下無法正常運行。

圖4 中俄東線唐山壓氣站3#電驅離心式壓縮機組電動機參數

圖5 中俄東線唐山壓氣站3#電驅離心式壓縮機組勵磁機振動異常時轉速、振幅及相位曲線圖

■ 全周摩擦

冀甯聯絡線泰安壓氣站2#電驅離心式壓縮機組電動機（圖6）在以約1200r/min的轉速運行期間，電動機驅動端軸承位置x方向、y方向振動測點多次檢測出振幅上升的現象，其中x方向振動測點部署于軸承正上方逆向轉子旋轉方向45°位置，y方向振動測點部署于軸承正上方順向轉子旋轉方向45°位置。通過觀察轉速、電動機驅動端振幅曲線圖（圖7）及故障期間全頻譜圖（圖8），可見驅動端x方向、y方向振動測點在轉速穩定的情況下均檢測到振幅上升，最終振幅超過電動機振動停機值，進而發生停機。

圖6 冀甯聯絡線泰安壓氣站2#電驅離心式壓縮機組電動機參數

圖7 某壓氣站電驅離心式壓縮機組電動機驅動端轉速、振幅曲線圖

圖8 某壓氣站電驅離心式壓縮機組電動機驅動端故障期間全頻譜圖

由上述現象可推斷，電動機的轉子與靜子在驅動端附近發生了較為嚴重的全周摩擦，需對電動機進行進一步檢查。通過對電動機驅動端軸承進行分解後發現，轉子與密封環出現了全周摩擦，轉子已發生嚴重的磨損（圖9），須立即拆卸電動機轉子進行維修，避免故障進一步惡化。

圖9 某壓氣站電驅離心式壓縮機組電動機驅動端軸承轉子磨損實物圖

·故障處理·

及時發現各類摩擦故障并采取針對性措施處理故障，可有效消除離心式壓縮機組在運行過程中的隐患，使機組振動恢複穩定，保障長輸管道離心式壓縮機組的安全、平穩運行。針對局部徑向摩擦和局部摩擦熱彎曲兩種情況，摩擦的程度較為輕微，一般由轉子表面凸起、軸承内瓦表面凸起、軸承位置安裝不當、密封内側凸起、密封位置安裝不當等原因引起。軸承與轉子發生摩擦的故障處理過程中，對于軸承安裝不當引起的摩擦，可通過墊片調節軸承的位置，改變軸承支撐剛度；對于軸承間隙過小引起的摩擦，可通過墊片或其他方式調節軸承安裝預緊力；對于軸承或轉子凸起發生摩擦的位置，可進行輕度打磨消除凸起。密封與轉子發生摩擦的故障，可對封嚴内部凸起部分進行打磨，安裝過程中利用塞尺确認、調節密封與轉子之間的間隙。

當旋轉設備發生全周摩擦，特别是反進動全周摩擦時，轉子與靜子的接觸部位在摩擦力的作用下産生較高溫度，進而改變轉子原有剛度，迅速磨損轉子，并且該故障僅通過振動分析是無法确定轉子磨損程度的，當确認發生全周摩擦故障時，應立即停機檢查密封、軸承等部位。對于輕微磨損，可參考局部徑向摩擦和局部摩擦熱彎曲的處理方法。當磨損較為嚴重，即摩擦造成的磨損或者摩擦過程中産生的高溫降低轉子剛度時，應将磨損的轉子、靜子拆卸進行維修或更換。

·結論·

由于徑向摩擦故障的複雜性，離心式壓縮機組徑向摩擦故障的特征表現不同，對其進行振動分析和原因查找具有較高難度。通過對局部徑向摩擦、局部摩擦熱彎曲、全周摩擦3種徑向摩擦進行研究和實例分析，驗證了不同類型徑向摩擦故障的振動響應特征，并提供了針對不同故障類型的解決措施，為長距離天然氣輸送管道離心式壓縮機組徑向摩擦故障的辨識與處理提供了支持。在未來的研究中，應進一步分析離心式壓縮機組使用不同材質的轉子、靜子對徑向摩擦振動響應造成的影響，以利于對徑向摩擦進行更為準确的類型辯識和故障處理。

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