随着长距离天然气输送管道的发展，离心式压缩机组越来越多的投入到生产运行之中。离心式压缩机组中包含了燃气发生器、励磁机、电动机、齿轮箱、压缩机等旋转设备，为减少输送介质的泄漏量，旋转设备转子与静子的间隙通常设计的很小，安装、检修及运行中稍有不慎就可能发生动静摩擦，根据设备类型、发生部位、摩擦程度的不同，摩擦故障的特征亦会有所不同。基于此，对离心式压缩机组转子发生的局部径向摩擦、局部摩擦热弯曲以及全周摩擦所产生的振动响应进行分析，利用相关故障案例进行验证，以期为长输天然气管道离心式压缩机组径向摩擦故障的诊断、排查、处理及维检修方案的制定提供支持。
·摩擦类型·
摩擦是旋转部件和静止部件之间的非正常接触，其可在径向、轴向或同时在两个方向上发生（图1）。其中，径向摩擦的发生是由于转子的平均轴心位置和轴心轨迹相叠加后超出了转子和定子之间的可用间隙。根据径向摩擦振动的严重程度、故障现象进行分类，可分为局部径向摩擦、局部摩擦热弯曲、全周摩擦3种类型。
图1 3种摩擦类型示意图
局部径向摩擦的机制通常涉及转子与静止部件发生的临时滑动接触，在振动周期中的某一时段，旋转的转子会接近，直至接触静止部件，此时转子的速度不为零但静止部件的速度为零，因而发生摩擦。在某一时刻，转子会停止与静子的接触并离开，进而完成振动周期，在下一个振动周期内，转子将重复此过程。在一个完整的振动周期内，由于转子与静子在停留时间内相互接触，转子的振动将受到一定的制约，这种制约在轴心轨迹上表现为“直边”，在波形图上表现为“削波”。
当转子以稳定的转速运行，并且旋转周期同振动周期一致时，径向摩擦在转子的同一位置发生，在该位置会产生额外的热量，若散热不及时就会导致转子表面产生膨胀应力，使转子产生热弯曲。这种热弯曲被称为局部摩擦热弯曲，能够在转子上产生导致转子不平衡的新重点，该重点同原始重点进行矢量相加，可得到动态变化的有效重点，转子旋转过程中局部摩擦热弯曲能够使有效重点及振动高点在逆向转子旋转的方向上移动。
当转子与静子持续接触将产生全周摩擦，此时转子的轴心轨迹近似于静子的内轮廓，一般接近于圆形。如果转子与静子接触表面经过润滑且径向力很小，致使摩擦力也很小，转子振动的方向将与转子旋转的方向一致，发生正进动径向全周摩擦；如果转子与静子接触表面润滑不良或者径向力很大，则摩擦力将反向推动转子，转子振动的方向将与转子旋转的方向相反，产生反进动全周摩擦。
·典型故障及其原因分析·
■ 局部径向摩擦
西气东输二线玛纳斯站2#电驱离心式压缩机组电动机（图2）转速在3940~3960r/min区间运行期间，当电动机以3948r/min运行时，分别采集电动机驱动端轴承位置x方向、y方向2个振动测点的2个完整振动周期数据，可得到电动机驱动端轴心轨迹及波形图（图3），可见，电动机驱动端的轴心轨迹出现明显的“直边”（图3a），x方向振动测点所采集的波形图存在明显的“削波”现象（图3b）。当转速处于其他范围内时，无摩擦的迹象。
图2 西气东输二线玛纳斯站2#电驱离心式压缩机组电动机参数
图3 某压气站电驱离心式压缩机组电动机以3948r/min运行时驱动端轴心轨迹图及波形图
■ 局部摩擦热弯曲
中俄东线唐山压气站3#电驱离心式压缩机组（图4）在投产测试期间，电动机转速提升至3120r/min并保持不变时，励磁机出现振动异常现象，根据监测到的转速、振幅及相位曲线图（图5）可见，励磁机轴承位置振动测点采集的转子振幅由49mm迅速升至150mm，超过电动机振动停机值（125mm），从而发生停机，并且该测点的相位显著上升。在停机过程中，振动测点振幅升至最高243mm后开始下降。
经过多次启机试验均发现，当电动机转速保持在3120r/min时，励磁机振动测点会出现振幅快速上升并停机的现象，致使电动机在最低工作转速下无法正常运行。
图4 中俄东线唐山压气站3#电驱离心式压缩机组电动机参数
图5 中俄东线唐山压气站3#电驱离心式压缩机组励磁机振动异常时转速、振幅及相位曲线图
■ 全周摩擦
冀宁联络线泰安压气站2#电驱离心式压缩机组电动机（图6）在以约1200r/min的转速运行期间，电动机驱动端轴承位置x方向、y方向振动测点多次检测出振幅上升的现象，其中x方向振动测点部署于轴承正上方逆向转子旋转方向45°位置，y方向振动测点部署于轴承正上方顺向转子旋转方向45°位置。通过观察转速、电动机驱动端振幅曲线图（图7）及故障期间全频谱图（图8），可见驱动端x方向、y方向振动测点在转速稳定的情况下均检测到振幅上升，最终振幅超过电动机振动停机值，进而发生停机。
图6 冀宁联络线泰安压气站2#电驱离心式压缩机组电动机参数
图7 某压气站电驱离心式压缩机组电动机驱动端转速、振幅曲线图
图8 某压气站电驱离心式压缩机组电动机驱动端故障期间全频谱图
由上述现象可推断，电动机的转子与静子在驱动端附近发生了较为严重的全周摩擦，需对电动机进行进一步检查。通过对电动机驱动端轴承进行分解后发现，转子与密封环出现了全周摩擦，转子已发生严重的磨损（图9），须立即拆卸电动机转子进行维修，避免故障进一步恶化。
图9 某压气站电驱离心式压缩机组电动机驱动端轴承转子磨损实物图
·故障处理·
及时发现各类摩擦故障并采取针对性措施处理故障，可有效消除离心式压缩机组在运行过程中的隐患，使机组振动恢复稳定，保障长输管道离心式压缩机组的安全、平稳运行。针对局部径向摩擦和局部摩擦热弯曲两种情况，摩擦的程度较为轻微，一般由转子表面凸起、轴承内瓦表面凸起、轴承位置安装不当、密封内侧凸起、密封位置安装不当等原因引起。轴承与转子发生摩擦的故障处理过程中，对于轴承安装不当引起的摩擦，可通过垫片调节轴承的位置，改变轴承支撑刚度；对于轴承间隙过小引起的摩擦，可通过垫片或其他方式调节轴承安装预紧力；对于轴承或转子凸起发生摩擦的位置，可进行轻度打磨消除凸起。密封与转子发生摩擦的故障，可对封严内部凸起部分进行打磨，安装过程中利用塞尺确认、调节密封与转子之间的间隙。
当旋转设备发生全周摩擦，特别是反进动全周摩擦时，转子与静子的接触部位在摩擦力的作用下产生较高温度，进而改变转子原有刚度，迅速磨损转子，并且该故障仅通过振动分析是无法确定转子磨损程度的，当确认发生全周摩擦故障时，应立即停机检查密封、轴承等部位。对于轻微磨损，可参考局部径向摩擦和局部摩擦热弯曲的处理方法。当磨损较为严重，即摩擦造成的磨损或者摩擦过程中产生的高温降低转子刚度时，应将磨损的转子、静子拆卸进行维修或更换。
·结论·
由于径向摩擦故障的复杂性，离心式压缩机组径向摩擦故障的特征表现不同，对其进行振动分析和原因查找具有较高难度。通过对局部径向摩擦、局部摩擦热弯曲、全周摩擦3种径向摩擦进行研究和实例分析，验证了不同类型径向摩擦故障的振动响应特征，并提供了针对不同故障类型的解决措施，为长距离天然气输送管道离心式压缩机组径向摩擦故障的辨识与处理提供了支持。在未来的研究中，应进一步分析离心式压缩机组使用不同材质的转子、静子对径向摩擦振动响应造成的影响，以利于对径向摩擦进行更为准确的类型辩识和故障处理。
#陕中科##非开挖##非开挖工程##管道检测##管道#
部分素材来源于网络，如有侵权请联系删除。
,
