張毅涵

（湖北工業(yè)大學(xué) 湖北武漢 430068）

離心式壓縮機的狀態(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的安全運轉(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，同時對狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)在離心式壓縮機中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。

狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷；離心式壓縮機

引言

離心式壓縮機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。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機，在用氣負(fù)荷穩(wěn)定時離心式空氣壓縮機工作穩(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大排量時效率高、且有利于節(jié)能。為了確保離心式壓縮機的安全運行，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

離心式壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測是指通過測定壓縮機的某一特征參數(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)，了解壓縮機的工作狀態(tài)，并根據(jù)壓縮機的運行歷史狀態(tài)，預(yù)報、分析和判斷壓縮機中潛在的或已發(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)備能夠正常運轉(zhuǎn)。

離心式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的作用為：當(dāng)壓縮機發(fā)生異常或故障時，迅速精準(zhǔn)的判斷故障發(fā)生部位，縮短故障排除的時間，降低壓縮機維修的費用，降低因壓縮機故障而造成的經(jīng)濟損失。合理的運用離心式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)，制定科學(xué)、合理的壓縮機保養(yǎng)計劃、維修計劃，能夠在很大程度上延長壓縮機的使用壽命，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)濟效益。

2 離心式壓縮機狀態(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組上的傳感器獲取和傳來的機組測點的狀態(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)采集模塊獲得的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行分類并存入穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)庫與啟停機數(shù)據(jù)庫，同時進(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時的顯示測點的狀態(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 離心式壓縮機狀態(tài)監(jiān)測實例分析與常見故障

3.1 狀態(tài)監(jiān)測實例

以某企業(yè)循環(huán)氫壓縮機（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，機組設(shè)備自帶主潤滑油泵和輔潤滑油泵均停止運轉(zhuǎn)，同時進(jìn)行自保聯(lián)鎖停機。待重新啟動機組設(shè)備時，機組出現(xiàn)振動故障，在進(jìn)行低速暖機時，振動值相對較低，最大振動值為7.8μm。但是，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速上升至5230r/min時，振動值急速升高，致使機組自保聯(lián)鎖停機。待機組停止運轉(zhuǎn)后，根據(jù)傳感信號對轉(zhuǎn)子及時的檢查維修發(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，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)動機和被驅(qū)動機之間沒有對準(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，從而對機組的長期運行產(chǎn)生不利影響。轉(zhuǎn)子彎曲產(chǎn)生的原因主要包括壓縮機的使用保養(yǎng)不正確、熱態(tài)停機后沒有盤車轉(zhuǎn)子、機組停運后經(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機組運行工況偏離設(shè)計點，流量小于最小值，在葉輪或擴壓器內(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 離心式壓縮機的日常維護

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

5 結(jié)語

為了保證離心式壓縮機的安全運轉(zhuǎn)，及時發(fā)現(xiàn)故障、和排除故障，就需要對離心式壓縮機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，實時掌握離心式壓縮機的運轉(zhuǎn)狀況。根據(jù)實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)報告分析，判斷離心式壓縮機的是否發(fā)生故障。如果發(fā)生故障，即可及時排除故障。這對于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟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。