運(yùn)用故障診斷技術(shù)確保螺桿壓縮機(jī)安全運(yùn)行

曹慶俊，李崇軍，吳舉民

（寧波萬華聚氨酯有限公司，浙江 寧波 315812）

一、概述

寧波萬華聚氨酯有限公司2005年安裝投用三臺(tái)LG-66/0.7型噴水螺桿壓縮機(jī)，三臺(tái)壓縮機(jī)同時(shí)工作。壓縮機(jī)在5年的運(yùn)行中，多次出現(xiàn)了振動(dòng)超標(biāo)的現(xiàn)象，振動(dòng)烈度最高達(dá)到12.5mm/s。參照API、ISO標(biāo)準(zhǔn)，振動(dòng)烈度報(bào)警值7.1mm/s，停機(jī)值11.2mm/s。鑒于該設(shè)備在生產(chǎn)中的重要作用，公司對(duì)其振動(dòng)狀態(tài)非常重視，利用振動(dòng)分析、油品分析等手段多次排除了設(shè)備故障隱患，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

二、機(jī)組工作原理

該機(jī)組為單級(jí)噴水式雙螺桿壓縮機(jī)，主要由機(jī)殼、陽轉(zhuǎn)子（4齒）、陰轉(zhuǎn)子（6齒）、機(jī)械密封、軸承、平衡活塞、同步齒輪等組成。

工作原理：利用一對(duì)帶有螺旋型齒槽相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子，在具有一定形狀的進(jìn)氣孔和排氣孔的密封機(jī)殼內(nèi)，作相反方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使齒槽間的封閉容積逐步縮小，以提高氣體壓力。轉(zhuǎn)子在壓縮氣體過程中，噴入軟化水作為冷卻液，以降低壓縮氣體的溫度，達(dá)到提高壓縮比及氣密性的目的。壓縮氣體通過汽液分離罐與冷卻液分離后，送入CO氣體管網(wǎng)中，軟化水經(jīng)冷卻后循環(huán)使用。壓縮機(jī)主要性能指標(biāo)見表1。

表1 壓縮機(jī)主要性能指標(biāo)

三、故障診斷技術(shù)

1.頻譜分析法

信號(hào)頻譜分析采用傅里葉變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換為頻域信號(hào)X(f)，幫助人們從另一個(gè)角度來了解信號(hào)的特征。時(shí)域信號(hào)x(t)的傅里葉變換為：

式中：X(f)——信號(hào)的頻域；

X(t)——信號(hào)的時(shí)域；

f——頻率。

信號(hào)的時(shí)域描述只反映信號(hào)的幅值隨時(shí)間的變化情況，除只有一個(gè)頻率分量的簡諧波外，一般很難明確揭示信號(hào)的頻率組成和各頻率分量的大小。信號(hào)的頻譜X(f)代表了信號(hào)在不同頻率分量處信號(hào)成分的大小，能夠提供比時(shí)域信號(hào)波形更直觀、豐富的信息。在許多場合下，用信號(hào)的頻譜來描述事物的特征也更簡潔明確。表2為振動(dòng)故障頻率特征分類。

2.鐵譜分析技術(shù)

鐵譜分析技術(shù)是利用高梯度的磁場，將油內(nèi)磨屑顆粒與油液及雜質(zhì)分離，并使其按一定規(guī)律沉積在置于磁場上方的玻璃基片上，形成譜片。利用鐵譜顯微鏡對(duì)譜片上的磨屑進(jìn)行大小、形狀、色澤、表面紋理等觀察，識(shí)別磨粒類型（定性鐵譜），或?qū)ψV片上不同沉積區(qū)域的透光度進(jìn)行測量，檢測磨損烈度（定量鐵譜）。

四、機(jī)組振動(dòng)故障

該機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)行到2008年時(shí)，出現(xiàn)了振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象，經(jīng)振動(dòng)分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)較高的1倍頻率的峰值5.91mm/s（見圖1），并伴有多次諧波。且電機(jī)端軸承1倍頻率峰值達(dá)到12.43mm/s，并伴有1～8倍的諧頻，與軸承跑套故障的特征頻譜十分吻合，屬于精確倍頻故障類型（見圖2）。

表2 振動(dòng)故障頻率特征分類

圖1 壓縮機(jī)排氣端主軸軸承

圖2 壓縮機(jī)電機(jī)軸伸端軸承

根據(jù)設(shè)備振動(dòng)及電機(jī)振動(dòng)特征的分析，懷疑設(shè)備振動(dòng)的振源是由電機(jī)端引起的，且從電機(jī)軸伸出端軸承的振動(dòng)頻率來看，符合軸承跑套的故障特征。但根據(jù)電機(jī)端1倍頻的峰值，并結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場的粉塵環(huán)境，懷疑引起軸承跑套故障的原因是由于電機(jī)風(fēng)扇積垢不均勻，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子系動(dòng)平衡破壞，從而產(chǎn)生振動(dòng)以至軸承發(fā)生跑套故障，因此決定對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行解體檢修。

檢修過程中發(fā)現(xiàn)，軸承座磨損嚴(yán)重，已磨出深達(dá)1mm的溝槽，并發(fā)現(xiàn)電機(jī)風(fēng)扇銹蝕、結(jié)垢嚴(yán)重，利用靜平衡法調(diào)整風(fēng)扇平衡，結(jié)果風(fēng)扇靜平衡偏差90g，這與檢修前的分析結(jié)果吻合。通過更換軸承座、風(fēng)扇葉輪動(dòng)平衡校正，電機(jī)1倍頻峰值降至0.29mm/s（檢修前空載1倍頻峰值9.29mm/s）（見圖3、圖4）。

五、機(jī)組振動(dòng)隱患排除

2009年11月，在例行的振動(dòng)檢測中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組的陽轉(zhuǎn)子排端軸承振動(dòng)異常，噪聲較大。根據(jù)振動(dòng)頻譜分析，頻譜中出現(xiàn)了5倍頻峰值6.51mm/s，且振動(dòng)加速度值達(dá)到72mm/s2，高頻有效值達(dá)到20.68，時(shí)域波形有明顯的沖擊、碰磨現(xiàn)象，根據(jù)振動(dòng)加速度（與振動(dòng)位移不一樣，趨向于強(qiáng)調(diào)滾動(dòng)軸承故障所產(chǎn)生的高頻分量）對(duì)軸承故障的敏感反應(yīng)，懷疑軸承出現(xiàn)了缺陷（見圖5、圖6）。

圖3 電機(jī)檢修前空載頻譜

圖4 電機(jī)檢修后空載頻譜

圖5 頻譜圖

同時(shí)通過油品分析，發(fā)現(xiàn)潤滑油中含有金屬顆粒和銅，綜合振動(dòng)及油品的分析結(jié)果，斷定軸承出現(xiàn)磨損，且軸承的保持架也磨損嚴(yán)重。

圖6 11.18時(shí)域圖

但迫于生產(chǎn)壓力，壓縮機(jī)只能帶病運(yùn)行，對(duì)其實(shí)行重點(diǎn)維護(hù)。在對(duì)11月27日的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，軸承的損壞程度進(jìn)一步惡化。振動(dòng)加速度達(dá)到177.41mm/s2，高頻有效值達(dá)到34.73，頻譜中5倍頻峰值已經(jīng)超過1倍及4倍頻（轉(zhuǎn)子嚙合頻率），且油箱中出現(xiàn)了明顯的銅屑，隨時(shí)可能出現(xiàn)軸承抱死的嚴(yán)重故障，于是緊急決定于27日中午停車，更換損壞軸承。

解體檢修中，發(fā)現(xiàn)軸承滾珠、內(nèi)外圈已經(jīng)嚴(yán)重磨損，軸承保持架已經(jīng)磨碎。下午檢修后，設(shè)備立即投用，振動(dòng)值恢復(fù)正常。

機(jī)組本次故障檢修的經(jīng)濟(jì)收益巨大：直接節(jié)省維修費(fèi)用600萬元，由檢修時(shí)間縮短帶來的產(chǎn)品產(chǎn)量效益200萬元。

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