空气分离压缩机多机组轴系同步运行稳定性研究

空气分离压缩机多机组轴系同步运行稳定性研究

曹武广

新乡华新电力集团股份公司   河南新乡  453000

摘要：在空气分离压缩机运行相关研究中，多机组轴系稳定性原理研究具有重要作用，是对其稳定性研究的关键所在，因为大型空气分离压缩机的结构整体复杂性较高，荷载与使用条件变化较大，所以需要对其进行归类区分，对于稳定性研究具有直接影响。因此，本文将对空气分离压缩机多机组轴系同步运行稳定性方面进行深入地研究与分析，并结合实践经验总结一些措施，希望可以对相关人员有所帮助。

关键词：空气分离压缩机；多机组；轴系同步；稳定性；故障问题

空气分离压缩机是一种用于压缩气体的设备，在现代工业生产领域中，空气分离压缩机具有重要的作用，对于许多行业的生产而言都是一项关键性设备，在其运行过程中，对于设备整体的稳定性要求较高，但是在实际运行过程中，会受到多种因素影响，出现不稳定的问题，所以需要加强引起因素的分析，以此方式对空气分离压缩机整体进行优化，确保稳定性能够达到要求。按照空气分离压缩机的结构特征，需要加强对多机组轴系同步运行的稳定性分析，从而对其进行调整。

1轴系稳定性原理分析

1.1轴系模拟动态

在空气分离压缩机的多机组轴系结构内，主要特征为动态载荷，相比于常规的静态载荷存在很大差异，动态载荷与其实际运行工况具有直接关系；在动载荷的影响下，压缩机轴系结构的应变、应力以及作用区域会随着动态载荷的影响位置而变化，且会受到时间的影响。动态载荷的产生，从动力学原理来看，是受到惯性、阻力等影响时，利用轴系结构或动力学特殊技术而实现，主要目的是找到轴系结构的振动特征，也就是主振型和固有的频率，从而能够将其进行利用，或降低轴系的振动频率，确保空气分离压缩机运行保持良好的稳定性；通过对机组轴系结构响应特征进行分析，能够为机组轴系产生振动时对动力响应数值、变化规律计算提供支持[1]。

在分析过程中，需要对假设模拟的基本理论，在线性假设中，属于对线性系统的结构分析方式，也就是采用的所有输入组合方式，都为各自的结果线性叠加，各个部分的输出结构组合表现为一组线性的二阶微分方程，之后对其进行相继计算；所有非线性特征，不论是属性还是接触的单元，即使是定义也可以忽略，从而对假设造成影响，对其结构动态进行分析不会跟随时间而变化，为此通常情况下，二阶微分方程系数可以全都定义为常数；针对可以直接观测的假设，也就是对系统动态特点需要的数据分析，都可以采用直接测量的方式获取，按照Maxwell的互易性定理；通过假设结果获取频响函数矩阵、结构质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵等[2]。

1.2机组轴系轴段不平衡响应问题

在空气分离压缩机的多机组轴系内，承受的载荷和力的分布特征主要包括滑动轴承油膜力、叶轮气动力、叶轮径向载荷、转子不平衡激振力以及膜片联轴器激励合力距等，在空气分离压缩机的作业参数变化情况下，其动态载荷数据也会发生变化，包括温度、压力以及湿度等，这些变化的参数都是空气分离压缩机运行时的周期性变化载荷。不平衡响应是指空气分离压缩机轴系转子，在不平衡力的状态下，或不平衡力矩的影响下，所产生的振动反应，不平衡响应是导致转子系统出现故障问题的主要因素。空气分离压缩机轴系的稳定性响应，在实际生产中具有重要的作用，一般会通过谐响应的形式，对轴系中各个标记节点稳定状态进行分析。

2空气分离压缩机轴系的稳定性指标

2.1多机组轴系的轴心稳定性

根据空气分离压缩机的运行情况来看，导致其稳定性受到影响的主要因素是轴心振动时产生的压异步频率分量，轴心稳定性较好的机组轴系轴心，其运行轨迹可以有效反映出对轴系的瞬时运行状态，且能够反映出转子系统的稳定性，如果机组轴系的运行情况较好，那么所构建的转子模型波动较小，轴心的运行轨迹都会重合；反之如果空气分离压缩机多机组轴系具有气动力激励、油膜涡动等问题时，部分频率的分量就会产生亚异步，此时轴心的运动轨迹难以重合，是使其不稳定的主要因素。为此，在对多机组轴系稳定性进行分析时，需要按照周星运行轨迹重合性，对转子稳定性进行评价；机组轴系的稳定性越好，轴心的运行轨迹重合率就越高；在对机组构件进行检测时，轴心运行轨迹是分析轴系是否存在失稳的重要指标。结合相关实践经验可以明确，运行重合性较好的情况下，轴心运行轨迹的重合性能够体现出转子运行的稳定性；形状、结构较为复杂的轴心，其运行轨迹较为复杂，运行轨迹的重合率较低时，说明轴系已经出现了一定的失稳问题，所以可以通过对轴心的运行轨迹不确定度，对转子稳定性进行评价[3]。

2.2机组子油膜轴承稳定性分析

空气分离压缩机中，多机组轴系同步运行，一般是通过动压滑动轴承的稳定性给予支撑，而因为轴承油膜自身存在一定的特殊性，例如油膜振荡、油膜涡动等，会导致轴系结构转子失去平衡，所以需要对轴承的稳定性进行准确分析。

2.3多机组轴系轴承的标高指标分析

合理的轴承标高，对于空气分离压缩机多机组轴系稳定性具有重要作用，结合对轴承标高的分析来看，可以明确轴系运行稳定性存在多种因素的影响。以多跨转、多支撑的空气分离压缩机转子系统为例，结构中的各项轴承标高分布情况，是影响其稳定性的主要因素，若轴承标高分布不够合理，就会导致轴承、机组出现不稳定的问题，从而容易引起多项故障问题发生。为此，需要对机组轴承的标高、轴系稳定性之间的关系进行分析，以此方式能够改善轴系运行稳定性。

机组轴系标高是对轴系稳定性评价的基本指标，数据能够体现出轴系运行稳定性受到的影响，空气分离压缩机结构中的轴承标高，还能够对轴承的载荷分配产生影响，因为轴承载荷性能和轴系及其机组结构装配具有直接关系，如果某个轴承的标高参数提升，会增加对应轴承的载荷量，附近轴承承受的负荷就会下降，距离中心越近的轴承标高参数对于轴系的载荷分配影响增加，为此中间区域的轴承载荷对于轴承标高的数据变化最为敏感；轴系的轴承标高参数，还能够体现出联轴器对于机组结构的中性情况，如果轴承标高过低或过高，会导致联轴器及其周围开口产生一定偏离，且轴端的对中性也会受到影响；轴承标高参数会对机组的平衡性造成影响，还会影响转速、系统稳定性等多个方面。综合来看，在空气分离压缩机轴系的载荷分配中，轴系结构中的两端轴承标高数值变化并没有敏感性，但是靠近中心区域的轴承，其载荷能力会受到标高数据的影响，中心区域的轴承载荷能力，会随着标高数据集的变化而发生改变。在出现故障时，采用调整转子中心的方式，并不能有效消除故障，如果振动是因为构件之间的摩擦而引起，可以采用对轴系轴承标高进行调整的方式，从而能够调整转子和油封、气封之间的空隙，将摩擦消除；由于轴承标高的变化，能够体现出系统非线性稳定性，所以轴承油膜力具有显著的非线性特征。

结束语

综上所述，在对空气分离压缩机的稳定性进行分析时，需要加强多机组同步运行稳定性的研究，通过建模、计算等方式，明确导致不稳定问题产生的原因，进而对其进行优化调整，能够有效提升空气分离压缩机运行稳定性，希望可以对相关领域起到一定的借鉴与帮助作用，不断提升设备运行稳定性。

参考文献

[1]钟钰吴菘. 大型离心压缩机组运行稳定性关键技术研讨[J]. 装备维修技术, 2021(3):0087-0087.

[2]田华. 空气离心压缩机轴振动高原因分析及对策[J]. 聚酯工业, 2021, 034(005):54-56,60-60.

[3]刘溪. 提升空分装置压缩机组控制系统稳定性的总结[J]. 中国科技期刊数据库 工业A, 2021(1):3-3.