基于在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)故障診斷分析

水龍，郝兆鵬，秦少鋒

（1.西安因聯(lián)信息科技有限公司,陜西 西安710065；2.杭州安脈盛智能技術(shù)有限公司，浙江 杭州310051）

雙螺桿式壓縮機(jī)是由兩個(gè)螺桿彼此嚙合組成的螺桿式壓縮機(jī)，螺桿式壓縮機(jī)作為回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種，同時(shí)具有活塞式和動(dòng)力式（速度式）兩者的特點(diǎn)，因其具有可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)性能、易損件少、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)石油化工行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，屬于生產(chǎn)裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，設(shè)備的健康情況直接關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性、安全性[1-4]。 由于設(shè)備內(nèi)部零件較多，造成機(jī)體振動(dòng)的原因多樣化，在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在雙螺桿壓縮機(jī)的故障診斷中所起的作用越來(lái)越重要。

傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、診斷方式已不能滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的需求，當(dāng)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)某種故障觸發(fā)了設(shè)備的聯(lián)鎖機(jī)制導(dǎo)致設(shè)備意外停機(jī)，將不可避免的帶來(lái)巨大的損失，這時(shí)引入在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是十分必要的。 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)將設(shè)備振動(dòng)、溫度、電流等工藝參數(shù)引入到系統(tǒng)內(nèi)，通過(guò)綜合分析找出設(shè)備故障原因，提前預(yù)警并制定出合理的檢修策略，從而達(dá)到減少設(shè)備故障次數(shù)，減少停機(jī)，避免意外停機(jī)。

1 雙螺桿壓縮機(jī)的故障診斷分析方法

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷的分析目的在于通過(guò)對(duì)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷等手段，掌握設(shè)備狀態(tài)變化趨勢(shì)， 提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障特征及征兆，根據(jù)設(shè)備的具體情況做出合理的預(yù)防性維修措施，從而達(dá)到控制或者延緩設(shè)備故障的進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)預(yù)知性維修的目的[5，6]。

由于雙螺桿壓縮機(jī)內(nèi)部較為復(fù)雜，一旦設(shè)備發(fā)生故障，由于其原因的多樣性，往往對(duì)故障的定位帶來(lái)一定的難度，這時(shí)往往就需要借助多種手段對(duì)其故障進(jìn)行定位。 轉(zhuǎn)子磨損嚴(yán)重、閥組損壞、轉(zhuǎn)子與排氣座端間隙過(guò)大、間隙超差、軸承故障、齒輪故障等故障皆可通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)的分析方法進(jìn)行分析定位[7-9]。 當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可通過(guò)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集到的振動(dòng)信號(hào)，分別從時(shí)域、幅域、頻域反應(yīng)設(shè)備的故障信息。

振動(dòng)信號(hào)的處理技術(shù)對(duì)設(shè)備故障的正確診斷具有十分重要的作用。 目前常用的監(jiān)測(cè)分析工具有頻譜分析、幅值分析、加速度包絡(luò)分析、時(shí)域分析、趨勢(shì)分析、峭度分析等。 由于丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)的重要性，采用在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的方式，提取設(shè)備的各種運(yùn)行參數(shù)，通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)端口的鏈接，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力、電流、溫度等工況信息的引入及監(jiān)測(cè)，結(jié)合采集的振動(dòng)的頻譜、時(shí)域、趨勢(shì)、幅值等信息，可對(duì)設(shè)備的狀態(tài)做出一個(gè)綜合的判斷，對(duì)設(shè)備故障做出精準(zhǔn)的定位。

2 丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)組參數(shù)及測(cè)點(diǎn)布置

以某化工廠為例，丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)采用佳木斯電機(jī)與雙螺桿壓縮機(jī)相結(jié)合的方式。機(jī)組具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)參數(shù)

因不同的故障在不同的方向有不同的反應(yīng)，一般選擇三個(gè)方向[10]：H（水平）、V（垂直）、A（軸向）。根據(jù)機(jī)組的特點(diǎn)結(jié)合其他實(shí)際情況，對(duì)該機(jī)組布置的振溫一體式傳感器分別為：電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端H、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端H、主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)端H、從動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)端H、主動(dòng)桿非驅(qū)動(dòng)端H、從動(dòng)桿非驅(qū)動(dòng)端H，見(jiàn)圖1。

圖1 丙烷氣雙螺桿壓縮機(jī)的振溫一體傳感器測(cè)點(diǎn)布置

根據(jù)設(shè)備情況，選用的是西安因聯(lián)的壓電式加速度傳感器，采用膠粘底座的方式安裝在設(shè)備殼體上，參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 西安因聯(lián)振溫一體式傳感器參數(shù)

3 振動(dòng)數(shù)據(jù)分析

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2020年7月24日上線后，即對(duì)該設(shè)備開(kāi)始了檢監(jiān)測(cè)工作，8月6日監(jiān)測(cè)到壓縮機(jī)主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)加速度值突然上升，手機(jī)端接收到報(bào)警信息，調(diào)取壓縮機(jī)該測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜并進(jìn)行分析，如圖2、圖3 所示。

圖2 壓縮機(jī)端加速度趨勢(shì)圖

圖3 壓縮機(jī)端加速度包絡(luò)趨勢(shì)圖

由圖4、圖5 可知，壓縮機(jī)主動(dòng)桿端加速度值較高， 時(shí)域波形中存在較為明顯的沖擊信號(hào)，頻譜中存在較高的螺桿嚙合頻率及其諧頻，并伴隨較大的地腳能量。圖6 中能看到很明顯的螺桿嚙合頻率且地腳能量很高。

圖4 壓縮機(jī)端主動(dòng)桿加速度時(shí)域波形圖

圖5 壓縮機(jī)端主動(dòng)桿加速度頻譜圖

圖6 壓縮機(jī)端主動(dòng)桿加速度包絡(luò)頻譜圖

結(jié)合加速度和加速度包絡(luò)譜的分析，壓縮機(jī)端存在碰磨故障。 當(dāng)診斷出這一設(shè)備故障時(shí)，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)人員，檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況，查看是否存在異常情況，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員的反饋，壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端能聽(tīng)到明顯的異常碰撞聲音， 及時(shí)停機(jī)，8月20日設(shè)備拆機(jī)進(jìn)行檢修發(fā)現(xiàn)， 壓縮機(jī)主動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)端有明顯的磨損跡象，見(jiàn)圖7。

圖7 壓縮機(jī)陰陽(yáng)螺桿拆解圖

4 結(jié)論

隨著在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的及時(shí)上線，發(fā)現(xiàn)了設(shè)備異常的振動(dòng)變化， 手機(jī)端能第一時(shí)間作出預(yù)警，通過(guò)頻譜分析和振幅歷史大小判斷，可發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障并診斷出具體的故障形式，預(yù)防設(shè)備狀態(tài)劣化，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需求，保障設(shè)備健康安全運(yùn)行，為企業(yè)生產(chǎn)保駕護(hù)航。