DH80空壓機振動檢測與故障診斷

王曉雪，馮志超，王巖

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧朝陽122000）

DH80空壓機振動檢測與故障診斷

王曉雪，馮志超，王巖

（鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司，遼寧朝陽122000）

通過在線監(jiān)測系統(tǒng)對空壓機機組進行狀態(tài)檢測，并由其設(shè)備劣化趨勢圖和振動頻譜特征進行相應(yīng)的故障診斷，分析空壓機在運行過程中產(chǎn)生振動的原因，并提出處理措施，探索和實踐預(yù)知維修，保證空壓機的安全運行。

離心式壓縮機；振動；故障分析

DH80型空壓機是鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司10 000 m3/h制氧機組的核心設(shè)備，為空分裝置輸送原料空氣，其運行的穩(wěn)定性直接影響制氧機組的正常生產(chǎn)。

透平壓縮機的振動是壓縮機設(shè)計、制造、安裝和運行管理的綜合反映，也就是說，影響透平壓縮機正常運行的內(nèi)部和外界因素很多，且DH80型壓縮機的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含高速軸、低速軸、主軸以及齒輪嚙合等結(jié)構(gòu)，其中的任一部件出現(xiàn)異常均可導(dǎo)致空壓機振動，且難以區(qū)分，從而影響了故障診斷的準確性。

本文針對DH80型空壓機的2次典型振動故障，利用檢測與分析儀器，分析引起空壓機軸振動值異常的原因，及時做出故障診斷并提出處理措施，經(jīng)過有針對性的故障處理和設(shè)備維修，恢復(fù)了設(shè)備的正常運行。

1　空壓機性能

DH80型空壓機是沈陽鼓風(fēng)機廠生產(chǎn)的雙軸離心壓縮機，采用整體齒輪型結(jié)構(gòu)，四級壓縮，三級冷卻，通過齒式聯(lián)軸器驅(qū)動增速器大齒輪，大齒輪驅(qū)動兩側(cè)平行配置的呈H形布置的2個從動小齒輪軸，低速軸轉(zhuǎn)速為7 783.78 r/min，高速軸轉(zhuǎn)速為9 600.00 r/min，每個轉(zhuǎn)子上的2套徑向軸承為可傾瓦軸承，采用油泵供油強制潤滑。可傾瓦軸承有5個瓦塊，周向均布，內(nèi)澆鑄巴氏合金。每級軸瓦瓦體端面通過固定卡箍裝有2個渦電流式振動傳感器，在轉(zhuǎn)子軸正上方互成90°分布，監(jiān)測轉(zhuǎn)軸的振動。振動傳感器采集的信號經(jīng)延長電纜接入前置放大器后輸出非標準電壓信號，再經(jīng)儀控柜上框架式監(jiān)視器處理，輸出標準模擬信號并在DCS控制系統(tǒng)上顯示，參與報警、連鎖。空壓機結(jié)構(gòu)和測點分布如圖1所示。

2　故障分析和故障處理

2.1葉輪故障分析

2.1.1葉輪不平衡

2010年10月空壓機投入運行后運行狀態(tài)良好，三級X測點振動幅值為19.5 μm，四級X測點振動幅值為26.9 μm（Y測點振動幅值均略小于X測點）。但于2011年6月末空壓機四級軸振動緩慢上升，到2012年1月24日，空壓機四級X測點振動幅值增大到35.8 μm，超過振動報警幅值（35.5 μm），振動聯(lián)鎖跳車值為43.3 μm。三級和四級振動測點劣化趨勢見圖2所示。

根據(jù)振動測點的曲線分析，振動測點劣化趨勢明顯。參照工藝參數(shù)檢測情況發(fā)現(xiàn)，空壓機負荷沒有進行任何調(diào)整，因此，排除了因負荷波動引起振動的因素。為進一步確定振動產(chǎn)生的原因，鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司分別于2012年2月3日和2月16日，采用MVP-2C型測振儀對壓縮機四級軸承的振動進行離線檢測，四級測點振動頻譜圖如圖3所示。

頻譜圖上明顯反應(yīng)出頻率160 Hz處振動速度值最大，達到0.7 mm/s。由于受到條件限制，測得的振動信號經(jīng)過軸瓦壓蓋和齒輪箱箱體已經(jīng)大大衰減，因此振動值不是很大。三、四級轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為9 600 r/min，恰好與振動最大值的頻率160 Hz相吻合。根據(jù)振動特征基本確認為是轉(zhuǎn)子漸變不平衡，產(chǎn)生一倍頻能力激發(fā)，從而在轉(zhuǎn)子徑向平面內(nèi)的任一方向上都引起了與轉(zhuǎn)速同頻的強迫振動，在機器外部表現(xiàn)為振動增大。另一方面，頻譜圖中8倍頻處振動速度達0.55 mm/s，三、四級葉輪的葉片數(shù)為8片，基本確認為三、四級轉(zhuǎn)子、葉輪葉片積灰，使質(zhì)量分配不均，破壞了轉(zhuǎn)子的動平衡。2012年3月3日，DH80空壓機停機進行年修，解體檢查發(fā)現(xiàn)，入口管道內(nèi)壁、入口導(dǎo)葉葉片、一級蝸殼、一級葉片擴壓器、一級冷卻器空氣側(cè)翅片、一級和二級葉輪均發(fā)現(xiàn)均勻分布的油灰垢層厚達6 mm。但因為有油，灰塵的黏度增加，形成均勻堅固的垢層而沒有脫落。三級、四級蝸殼、擴壓器和葉輪發(fā)現(xiàn)灰垢層厚達3 mm，但因垢層疏松、粗糙、不均勻，容易脫落，致使轉(zhuǎn)子動平衡破壞，造成機組三、四級軸振動增大。

引起轉(zhuǎn)子積灰的主要原因有機組入口空氣過濾器過濾效果差，空壓機級間管道和冷卻器內(nèi)壁積灰、銹蝕和結(jié)垢等［1］。對出現(xiàn)油灰垢層情況進行分析，經(jīng)排查認為是空氣過濾器濾筒過濾效率不高，或存在空氣未經(jīng)過濾直接進入空壓機所致。檢查空氣過濾器阻力為680 Pa，未達到更換標準，繼而對濾筒的質(zhì)量進行調(diào)查，確認濾筒與凈氣室進風(fēng)口聯(lián)接處的密封膠圈內(nèi)徑尺寸小，恰好頂在濾筒定位架的固定螺栓處而形成間隙，致使空氣直接進入空壓機，同時該空壓機的排油煙管道出口距離空氣過濾器進風(fēng)口較近，使一部分油煙也因此被吸入壓縮機內(nèi)，灰塵混合少量的油煙附著在一、二級工作輪葉片處。而空氣中的少量油煙途經(jīng)一、二級葉輪、葉片擴壓器、級間管道及一、二級冷卻器氣側(cè)翅片后所剩無幾，使三、四級葉輪葉片積灰松散而脫落破壞轉(zhuǎn)子的動平衡，這是引起振動的主要原因，檢查結(jié)果與診斷結(jié)論一致。

2.1.2故障處理

更換了符合標準的空氣過濾器濾筒；把排油煙管道升高，遠離過濾器進風(fēng)口；入口管道內(nèi)壁、入口導(dǎo)葉葉片、一級蝸殼、一級葉片擴壓器、冷卻器、一級和二級葉輪、三級和四級蝸殼、擴壓器和葉輪清灰除垢并脫脂；三、四級轉(zhuǎn)子葉輪清灰除垢后送沈鼓做葉輪噴砂和轉(zhuǎn)子校正動平衡。2012年3月16日檢修結(jié)束后啟動空壓機，四級軸振動幅值恢復(fù)至25.1 μm，機組運轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，三級X振動幅值為14.1 μm和四級X振動幅值為23.1 μm。

2.2齒輪故障分析

2.2.1齒輪接觸精度不高

2012年3月16日空壓機投入運行，2013年4月空壓機開始陸續(xù)出現(xiàn)7次無規(guī)律振動報警現(xiàn)象，但每次軸振動波動10余分鐘后即恢復(fù)正常運行狀態(tài)，且波動前后均無生產(chǎn)工藝調(diào)整，且油溫油壓、排氣壓力、流量和軸瓦溫度等參數(shù)均無變化。到2013年7月20日四級X測點的振動幅值從27.2 μm突升至33.4 μm后隨油溫變化作小幅度波動運行。8月10日，振動幅值上升至37 μm，超報警幅值35.5 μm運行。

為了更好地掌握空壓機的運行狀態(tài)，2013年8月12日經(jīng)GE公司技術(shù)人員現(xiàn)場測得頻譜分析，3500讀數(shù)、system1讀數(shù)與DCS顯示基本一致，確認3500系統(tǒng)輸出至DCS數(shù)據(jù)真實可信，不存在明顯干擾信號?？梢娪筛蓴_信號引起振動顯示的因素可以排除，確定了振動是由設(shè)備本身的原因造成的。8月14日，請鞍鋼股份設(shè)備保障部測試專家進行測試，并對導(dǎo)致空壓機產(chǎn)生振動的原因進行了深入分析。

2.2.2軸心軌跡分析

四級軸心軌跡圖見圖4。三級軸心軌跡呈很扁的橢圓，四級軸心軌跡除了呈現(xiàn)很扁的橢圓外還帶有8字形，可以判斷為軸承間隙有問題或軸承剛度存在方向上的較大差異。四級軸心軌跡所帶的8字形表現(xiàn)出了不同心的故障特征，但是該機型的三軸并未與其他軸相連接，不存在同心度的故障，進一步證明了三軸齒輪與大齒輪齒接觸精度存在問題。

2.2.3頻譜分析

4級嚙合頻率及三軸轉(zhuǎn)頻邊帶見圖5。

從頻譜圖中“四級嚙合頻率及三軸轉(zhuǎn)頻邊帶”可以看出，三軸嚙合頻率4 800 Hz帶有三軸轉(zhuǎn)頻160 Hz邊帶，說明三軸齒數(shù)與大齒輪齒接觸精度存在問題，因此，在運轉(zhuǎn)中三軸不穩(wěn)定。三軸轉(zhuǎn)頻及其諧波頻率見圖6。

從頻譜圖中“三軸轉(zhuǎn)頻及諧波頻率”中可以看出，有三軸轉(zhuǎn)頻160 Hz的高次諧波出現(xiàn)，且峰值較高，進一步證明三軸在運轉(zhuǎn)中不穩(wěn)定。

綜合各方面的因素得出：增速機三軸位置不正，軸在軸瓦中運行狀態(tài)不穩(wěn)，是引起振動的主要原因。

2.2.4故障處理

2013年10月25日該機停機檢修。設(shè)備解體后，鞍鋼集團朝陽鋼鐵有限公司針對三軸在軸瓦中運行不穩(wěn)，四級軸振動大的故障，分別用著色法、壓鉛法、抬軸法檢查和測量三、四級軸瓦的巴氏合金表面有無研磨、裂紋、氣泡等缺陷；瓦體與下機座凹窩、與軸瓦壓蓋等的接觸情況；軸瓦與壓蓋的過盈；軸瓦頂間隙等項目，以確定軸瓦的安裝精度和工作質(zhì)量等方面是否存在問題。檢查和測量情況見表1。

表1　檢查和測量情況

從表1可以看出，軸瓦的安裝精度和工作質(zhì)量均在正常范圍，排除因軸瓦的原因造成四級軸振動過大。用著色法檢測三、四級齒輪軸的輪齒大齒輪齒靜態(tài)接觸精度是否符合標準。在主動齒輪即大齒輪輪齒的工作面均勻涂上薄薄的章丹粉，再按照工作轉(zhuǎn)向盤動大齒輪，查看三、四級齒輪相對應(yīng)的輪齒工作面上的著色痕跡。結(jié)果顯示，靠近四級軸瓦側(cè)著色偏重，沿齒寬接觸大約為65％，達到齒輪接觸精度的最低標準（標準為輪齒靜態(tài)接觸＞65％）。

根據(jù)齒輪接觸精度檢測結(jié)果，決定調(diào)整接觸精度，目標值是沿齒寬接觸達到90％左右，提高齒輪軸運行的平穩(wěn)性，降低軸振動。通過大齒輪與三、四級齒輪的嚙合情況可看出，只要降低四級瓦的高度，就可以使齒輪接觸向三級側(cè)延續(xù)，從而提高齒輪接觸精度?？紤]操作的難易程度，采用研磨四級瓦下瓦體比研磨箱體凹窩更為方便，且能在保證齒輪接觸精度的同時，還能保證下瓦體與箱體凹窩的接觸精度。經(jīng)過檢修人員數(shù)次精心研磨和輪齒接觸精度檢測，使接觸精度達到90％左右。同時通過研磨上、下瓦體的中分面，將四級瓦的頂間隙縮小到0.20 mm。

在完成了該機其他檢修項目后，2013年11月9日試車，四級X軸振動幅值由37 μm下降到27 μm。其他各部技術(shù)參數(shù)也在正常范圍內(nèi)，運行至今沒有出現(xiàn)異常。

3　結(jié)語

通過應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測和頻譜分析技術(shù)，對DH 80離心空壓機2次典型振動故障進行診斷，確定故障原因，制定維修方案，適時安排維修，排除故障，恢復(fù)設(shè)備正常運行的事例表明，應(yīng)用先進的測試儀器，對大型的離心壓縮機進行狀態(tài)監(jiān)測和頻譜分析，對于準確判斷故障部位和原因，有針對性地開展維修，及時排除故障，探索和實踐預(yù)知維修，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，起到了重要的作用。

［1］王瑾輝．DH90空壓機振動的原因分析及對策［J］．武漢科技大學(xué)學(xué)報，2006，（2）：183-185.

（編輯賀英群）

修回時間：2015-02-10

Vibration Detection and Fault Diagnosis for DH80 Air Compressor

Wang Xiaoxue，F(xiàn)eng Zhichao，Wang Yan
（Chaoyang Iron＆amp;Steel Co.，Ltd.of Ansteel Group Corporation，Chaoyang 122000，Liaoning，China）

The running state of the DH80 air compressor unit was on-line monitored by the online monitoring system，and thus the relevant fault diagnosis was done based on the degradation trend chart of the equipment and its vibration spectrum characteristics.And furthermore the causes leading to the vibration during operation of the air compressor were also analyzed so that the preventive and explorative treatment measures for the maintenance equipment in the future operation practice were proposed to guarantee the safe operation of the air compressor.

centrifugal compressor；vibration；faults analysis

TH45

A

1006-4613（2015）06-0057-03

王曉雪，工程師，2008年7月畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)。E-mail:sbbzcyx@163.com