離心式壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

張毅涵

（湖北工業(yè)大學(xué) 湖北武漢 430068）

離心式壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)

張毅涵

（湖北工業(yè)大學(xué) 湖北武漢 430068）

為了確保離心式壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，有必要對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。本文介紹了狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的定義與目的及其系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程和相應(yīng)的模塊功能，同時(shí)對狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在離心式壓縮機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；離心式壓縮機(jī)

引言

離心式壓縮機(jī)是由葉輪帶動氣體做高速旋轉(zhuǎn)，使氣體產(chǎn)生離心力，由于氣體在葉輪里的擴(kuò)壓流動，從而使氣體通過葉輪后的流速和壓力得到提高，連續(xù)地生產(chǎn)出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機(jī)屬于速度式壓縮機(jī)，在用氣負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)離心式空氣壓縮機(jī)工作穩(wěn)定、可靠。①結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，排氣量范圍大；②易損件少，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、壽命長；③排氣不受潤滑油污染，供氣品質(zhì)高；④大排量時(shí)效率高、且有利于節(jié)能。為了確保離心式壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，就有必要對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。

1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

離心式壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測是指通過測定壓縮機(jī)的某一特征參數(shù)，通過比對測量值與預(yù)設(shè)值，來判斷壓縮機(jī)狀態(tài)。故障診斷技術(shù)主要是指通過測量和記錄某一特征參數(shù)的數(shù)據(jù)，了解壓縮機(jī)的工作狀態(tài)，并根據(jù)壓縮機(jī)的運(yùn)行歷史狀態(tài)，預(yù)報(bào)、分析和判斷壓縮機(jī)中潛在的或已發(fā)生的故障，鑒別故障的性質(zhì)、類型、原因及部位等，預(yù)測故障發(fā)展的趨勢及相應(yīng)的后果，提出維修故障的相關(guān)措施，通過調(diào)整、維修等排除故障，確保設(shè)備能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的作用為：當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生異?；蚬收蠒r(shí)，迅速精準(zhǔn)的判斷故障發(fā)生部位，縮短故障排除的時(shí)間，降低壓縮機(jī)維修的費(fèi)用，降低因壓縮機(jī)故障而造成的經(jīng)濟(jì)損失。合理的運(yùn)用離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，制定科學(xué)、合理的壓縮機(jī)保養(yǎng)計(jì)劃、維修計(jì)劃，能夠在很大程度上延長壓縮機(jī)的使用壽命，從而大大的提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更多更高的經(jīng)濟(jì)效益。

2 離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程

離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測預(yù)警、信號分析及故障診斷模塊（圖1）。其中，數(shù)據(jù)采集模塊的功能主要是接收由機(jī)組上的傳感器獲取和傳來的機(jī)組測點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)（振動、轉(zhuǎn)速、溫度及壓力等）數(shù)據(jù)管理模塊的功能是把數(shù)據(jù)采集模塊獲得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并存入穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)庫與啟停機(jī)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)進(jìn)行預(yù)警判斷，記錄預(yù)警事件和黑匣子數(shù)據(jù)。監(jiān)測預(yù)警模塊的功能是在某一位置實(shí)時(shí)的顯示測點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)警限發(fā)出預(yù)警信號。信號分析模塊的功能是繪制波形圖、頻譜圖及發(fā)展趨勢圖等圖形。故障診斷模塊的功能是通過對相關(guān)圖形進(jìn)行分析，提取故障前兆，根據(jù)專業(yè)知識對故障進(jìn)行推理和診斷，給出故障診斷包好，并提出相應(yīng)的故障排除措施。

圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊與流程圖

3 離心式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測實(shí)例分析與常見故障

3.1 狀態(tài)監(jiān)測實(shí)例

以某企業(yè)循環(huán)氫壓縮機(jī)（LG.W-12/150）為例。在該設(shè)備的轉(zhuǎn)子上布置相傳感器，以測量該設(shè)備的軸瓦溫度、軸振動、軸位移等參數(shù)。

2014年8月13日，系統(tǒng)突然停電，機(jī)組設(shè)備自帶主潤滑油泵和輔潤滑油泵均停止運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)進(jìn)行自保聯(lián)鎖停機(jī)。待重新啟動機(jī)組設(shè)備時(shí)，機(jī)組出現(xiàn)振動故障，在進(jìn)行低速暖機(jī)時(shí)，振動值相對較低，最大振動值為7.8μm。但是，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至5230r/min時(shí)，振動值急速升高，致使機(jī)組自保聯(lián)鎖停機(jī)。待機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)后，根據(jù)傳感信號對轉(zhuǎn)子及時(shí)的檢查維修發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子、定子隔板均出現(xiàn)了非常嚴(yán)重的碰磨，同時(shí)在隔板內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一處磨損非常嚴(yán)重的鋼板，其面積約為25cm×35cm，從而導(dǎo)致葉輪入口、隔板均受到嚴(yán)重的磨損。

3.2 常見故障

在日常工作過程中，離心式壓縮機(jī)常常發(fā)生的故障主要包括轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中、油膜渦動、轉(zhuǎn)子彎曲、旋轉(zhuǎn)失速與喘振、轉(zhuǎn)子動靜部件碰磨等。其中，轉(zhuǎn)子不平衡是離心式壓縮機(jī)的常見故障，可以分為原始性不平衡、漸發(fā)性不平衡及突發(fā)性不平衡等類型。轉(zhuǎn)子不平衡的頻譜特征（圖2）主要表現(xiàn)為：振動波形接近于正弦曲線；諧波能量主要集中于基頻，而高頻部分會出現(xiàn)較小的諧波；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定時(shí)，波形相位比較穩(wěn)定；轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓形。

圖2 轉(zhuǎn)子不平衡的振動波形頻譜圖

轉(zhuǎn)子不對中主要是指在安裝過程中，驅(qū)動機(jī)和被驅(qū)動機(jī)之間沒有對準(zhǔn)軸心線或者溫度變化致使軸心線偏離，從而導(dǎo)致兩軸傾斜或者偏移。在油膜渦動過程中，軸瓦無法得到足夠的供油，引起軸瓦損壞，產(chǎn)生振動，從而對機(jī)組的長期運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。轉(zhuǎn)子彎曲產(chǎn)生的原因主要包括壓縮機(jī)的使用保養(yǎng)不正確、熱態(tài)停機(jī)后沒有盤車轉(zhuǎn)子、機(jī)組停運(yùn)后經(jīng)受不均勻外力和轉(zhuǎn)子有殘余應(yīng)力釋放等。旋轉(zhuǎn)失速與喘振（表1）是離心式壓縮機(jī)所特有的一種振動故障，主要是因氣體壓縮形成的流動分離而產(chǎn)生，這取決于兩方面的因素：①機(jī)組運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)點(diǎn)，流量小于最小值，在葉輪或擴(kuò)壓器內(nèi)出現(xiàn)氣流的嚴(yán)重旋轉(zhuǎn)脫離；②管網(wǎng)壓力高于機(jī)組所能供給的排氣壓力，導(dǎo)致氣體倒流，并產(chǎn)生氣流脈動現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子動靜部件碰磨故障則主要是由于軸端密封和級間密封間隙、徑向軸承間隙做過小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中與靜止部件相互摩擦。

表1 旋轉(zhuǎn)失速與喘振的振動特征

4 離心式壓縮機(jī)的日常維護(hù)

機(jī)組停機(jī)、檢修，不但會影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且修復(fù)轉(zhuǎn)子還會花費(fèi)大量的時(shí)間、人力、財(cái)力和物力。即使在機(jī)組能夠及時(shí)修復(fù)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子的精度也仍然無法達(dá)到其出廠時(shí)的要求，導(dǎo)致機(jī)組的工作效率降低，同時(shí)也會提高機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程的蒸汽消耗。筆者根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)，就離心式壓縮機(jī)的日常維護(hù)提出若干意見：①定期監(jiān)控機(jī)組的振動幅度及位移范圍，保證機(jī)組的安全使用和正常運(yùn)轉(zhuǎn)；③嚴(yán)格檢測機(jī)組所使用的油質(zhì)，嚴(yán)格分析機(jī)組的壓力、溫度、及轉(zhuǎn)速等參數(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行維修和排除，保證機(jī)組能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)；③監(jiān)視機(jī)組振動軸的實(shí)時(shí)位移，認(rèn)真觀察、記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；④實(shí)時(shí)檢查機(jī)組各部位的保溫狀況，如果發(fā)生損壞，必須及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，從而保證機(jī)組的干凈、清潔。

5 結(jié)語

為了保證離心式壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障、和排除故障，就需要對離心式壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)時(shí)掌握離心式壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)報(bào)告分析，判斷離心式壓縮機(jī)的是否發(fā)生故障。如果發(fā)生故障，即可及時(shí)排除故障。這對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的促進(jìn)作用。

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TH452

A

1004-7344（2016）08-0246-02

2016-2-28

張毅涵（1969-），男，工程師，本科，主要從事化工設(shè)備管理工作。