胡述明

（中國石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018）

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障很難用振動(dòng)分析軟件來判斷。便攜式FFT分析儀進(jìn)行往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)分析也很不理想，因?yàn)樗荒艽_定曲軸的位置，而曲軸位置對(duì)分析往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)非常重要。

由于工廠現(xiàn)有的主要分析工具（FFT分析儀）不適合往復(fù)式壓縮機(jī)的故障分析，所以往復(fù)式壓縮機(jī)的振動(dòng)分析被振動(dòng)分析師和技術(shù)專家所忽略；由于手段有限，問題不易確定，所以設(shè)備的整體運(yùn)行狀態(tài)被忽略。結(jié)果，許多公司花費(fèi)大量財(cái)力、物力進(jìn)行維修和部件更換，成本比監(jiān)測(cè)費(fèi)用高很多。

一、4～20mA振動(dòng)數(shù)據(jù)的應(yīng)用

用回路有源傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和分析儀器進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)，費(fèi)用很低?；芈酚性磦鞲衅魇且环N振動(dòng)傳感器，傳感器中配有信號(hào)處理器，它對(duì)設(shè)備的全部振動(dòng)信號(hào)電位進(jìn)行有條件的選擇，最低信號(hào)電位設(shè)定為4mA，其目的是區(qū)分非操作狀態(tài)下（0mA）的低電位。最高電位定為20mA，這個(gè)電位幾乎可以含包含所有振動(dòng)信號(hào)范圍。

使用4～20mA為振動(dòng)數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)是，它不需要進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算和分析。輸出信號(hào)代表了設(shè)備所有的振動(dòng)，這些信號(hào)雖然不能完全包含確定設(shè)備特定故障的所有信息，但它能夠較好地顯示設(shè)備的總體運(yùn)行狀態(tài)。輸出信號(hào)只需經(jīng)過培訓(xùn)的分析師即可解釋振動(dòng)數(shù)據(jù)，有效診斷問題所在，其成本比故障停機(jī)時(shí)的維修或更換部件費(fèi)用低很多。

但回路有源傳感器絕對(duì)不能直接代替動(dòng)態(tài)振動(dòng)分析，4～20mA電流回路是低帶寬系統(tǒng)，不具備傳輸確定特殊故障所需要的動(dòng)態(tài)振動(dòng)信號(hào)功能。

每個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集通道，包括傳感器、相關(guān)設(shè)備、輸入通道和安裝費(fèi)用不超過5 000元人民幣?，F(xiàn)在普遍采用的方法是使用低成本網(wǎng)絡(luò)傳輸4～20mA振動(dòng)信號(hào)，并監(jiān)測(cè)設(shè)備的總體狀態(tài)。

目前，現(xiàn)代化工廠普遍采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)（PLC或DCS）進(jìn)行工廠控制和管理，自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠接收4～20mA輸入信號(hào)。4～20mA電流信號(hào)是工廠自動(dòng)控制信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)，這就為連續(xù)監(jiān)測(cè)振動(dòng)提供了方便。工廠現(xiàn)有的PLC或DCS都具有控制回路功能，可以實(shí)現(xiàn)趨勢(shì)顯示和數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期保存。所以，將4～20mA振動(dòng)信號(hào)輸入到這些系統(tǒng)中，非常容易實(shí)現(xiàn)，唯一要做的是安裝振動(dòng)探頭和模擬輸入通道。

二、十字頭振動(dòng)監(jiān)測(cè)

往復(fù)式壓縮機(jī)十字頭是連接曲軸和活塞連桿的重要部件，十字頭上的軸套和連接銷子需要持續(xù)不斷地進(jìn)行潤(rùn)滑，如果潤(rùn)滑不充分，將會(huì)導(dǎo)致過度磨損，使軸套和銷子之間的間隙增大而松動(dòng)，從而在軸套與銷子之間產(chǎn)生金屬間的碰擊與摩擦，加速磨損。

利用4～20mA振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法及時(shí)檢測(cè)出松動(dòng)部件是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。圖1表示軸套與銷子之間的碰擊所發(fā)出的波形圖。在選擇傳感器時(shí)，必須選擇具有“真實(shí)峰值”監(jiān)測(cè)功能的4～20mA回路有源振動(dòng)傳感器。

4～20mA輸出的真實(shí)峰值監(jiān)測(cè)信號(hào)與實(shí)際峰值為比例關(guān)系，利用峰值檢測(cè)方法，真實(shí)峰值探測(cè)會(huì)跟蹤隨時(shí)間變化的峰值強(qiáng)度，并按比例輸出4～20mA信號(hào)。

圖2是利用真實(shí)峰值檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)到的碰擊信號(hào)的振幅和頻率變化曲線圖，圖中豎軸代表4～20mA回路電流。利用真實(shí)峰值檢測(cè)技術(shù)的原理是：當(dāng)沖擊發(fā)生時(shí)，檢測(cè)到的回路電流急速上升，然后慢慢回落，直到下一次沖擊所產(chǎn)生的電流大于下降電流時(shí)，重新上升，傳感器捕捉這些峰值并進(jìn)行記錄。位于圖2中間相對(duì)較直的曲線代表傳統(tǒng)回路有源傳感器檢測(cè)到的輸出信號(hào)，信號(hào)通過4～20mA傳感器或變送器輸出。傳統(tǒng)傳感器采用根平方差(r.m.s.)檢測(cè)技術(shù)，它無法完全檢測(cè)出所有的故障，因?yàn)榕鰮舨⒉挥绊戄敵鲂盘?hào)的總強(qiáng)度。如果往復(fù)式氣體壓縮機(jī)采用這種傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，很難對(duì)碰擊問題進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。

此外，利用真實(shí)峰值檢測(cè)方法，還能檢測(cè)到短暫的碰擊。所以，它是往復(fù)式壓縮機(jī)最常用的振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。

監(jiān)測(cè)十字頭軸套和銷子之間松動(dòng)的方法是將傳感器安裝在十字頭區(qū)域，或者安裝在與殼體頂部相垂直的部件上（圖3）。

三、底座振動(dòng)監(jiān)測(cè)

回路有源振動(dòng)傳感器還可用來監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)底座的振動(dòng)，除了軸承磨損外，最常見的故障是底座失衡，大多數(shù)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)速低于1800r/min，高于此轉(zhuǎn)速，失衡現(xiàn)象會(huì)頻繁發(fā)生。

監(jiān)測(cè)驅(qū)動(dòng)裝置或壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)軸失衡的方法是將傳感器安裝在水平軸的對(duì)面和曲軸箱反向端90?的地方。檢測(cè)失衡的最好方法是進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測(cè)，因?yàn)樵谡＾D(zhuǎn)速下，加速度變化很小，所以通過檢測(cè)加速不是最為理想的方法。

回路有源速度傳感是根據(jù)失衡所產(chǎn)生的振動(dòng)，來確定振動(dòng)對(duì)設(shè)備的損害程度。ISO 10816建議，對(duì)于大馬力重型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)振動(dòng)水平超過11.2mm/s時(shí)，振動(dòng)會(huì)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損害。

四、冷卻系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

許多往復(fù)式氣體壓縮機(jī)配置了級(jí)間冷卻系統(tǒng)，在多級(jí)壓縮機(jī)中，翅片式冷卻設(shè)備是關(guān)鍵部件，應(yīng)該進(jìn)行失衡監(jiān)測(cè)。壓縮機(jī)工作時(shí)，空氣強(qiáng)制通過翅片帶走所產(chǎn)生的熱量。風(fēng)扇速度取決于諸多因素，通常在300～1 800r/min之間變化。

安裝傳感器時(shí)，將探頭與風(fēng)扇軸垂直安裝，監(jiān)測(cè)速度是監(jiān)測(cè)失衡狀態(tài)最為理想的方法。大多數(shù)翅片式冷卻器和冷卻塔馬達(dá)的功率都很小，建議將傳感器的振動(dòng)峰值速度極限設(shè)定在7.1r/min左右。