轉(zhuǎn)子部件松動(dòng)的離心壓縮機(jī)振動(dòng)檢測(cè)

邵 丹陳 林劉萬(wàn)寧魏志恒

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 2.天津榮鋼制氧廠 天津 3.北京工業(yè)大學(xué) 北京）

1.離心式壓縮機(jī)故障檢測(cè)診斷的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

空氣壓縮機(jī)故障診斷是一門在了解設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理的情況下，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷的技術(shù)。它是以實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)傳感器采集到的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，并在發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)能及時(shí)分離出故障，實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位。

空氣壓縮機(jī)作為生產(chǎn)壓縮空氣的動(dòng)力機(jī)械，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已日趨普遍和重要。目前國(guó)內(nèi)正常運(yùn)行的空氣壓縮機(jī)一般采用指針式儀表、數(shù)字式儀表進(jìn)行檢測(cè)。其檢測(cè)、保護(hù)、故障診斷水平較低。隨著現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)床傳感器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及其在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用，故障發(fā)生時(shí)空氣壓縮機(jī)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)、故障診斷技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)觀察、指針式儀表、數(shù)字儀表到今天的計(jì)算機(jī)檢測(cè)。故障診斷專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學(xué)等新興學(xué)科在空氣壓縮機(jī)故障檢測(cè)診斷中得到了廣泛應(yīng)用。

近年來(lái)許多企業(yè)和科研院校對(duì)空氣壓縮機(jī)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，已經(jīng)研究出許多實(shí)用、可靠的在線檢測(cè)故障診斷系統(tǒng)。例如丹麥B＆K公司的3540系統(tǒng)，美國(guó)的Bently公司的3300空氣壓縮機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)對(duì)空氣壓縮機(jī)故障檢測(cè)與診斷的研究也比較多，如東風(fēng)華中工學(xué)院研制的SACDS在線檢測(cè)與診斷系統(tǒng)，在空氣壓縮機(jī)信號(hào)分析方法上的研究，有南京航天航空大學(xué)、西安大學(xué)等。他們把振動(dòng)信號(hào)的高頻譜分析，往復(fù)機(jī)械特征頻段信號(hào)的調(diào)節(jié)分析和小波分析，運(yùn)用到空氣壓縮機(jī)的故障特征提取和診斷中，并取得了很好效果。

當(dāng)前的空氣壓縮機(jī)狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷，雖然對(duì)保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進(jìn)行起了重大作用，但依舊存在不少缺點(diǎn)。如檢測(cè)系統(tǒng)采用單一的振動(dòng)信號(hào)高頻譜分析信號(hào)源而忽略了壓力、溫度等其他信號(hào)源，從而使診斷準(zhǔn)確性降低。與此同時(shí)國(guó)內(nèi)的診斷檢測(cè)技術(shù)雖得到了很大發(fā)展，但在工業(yè)應(yīng)用的普及上還有待提高，同時(shí)與國(guó)外技術(shù)也還存在著一定差距。

2.空氣壓縮機(jī)檢測(cè)背景

制氧廠離心式空氣壓縮機(jī)做完動(dòng)平衡以后，平衡值分別為0.258 mm/s（非止推端）和0.597 mm/s（止推端），已經(jīng)達(dá)到《機(jī)械振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)（ISO 2372和ISO 3945）》柔性安裝的大型機(jī)械（600～12 000 r/min）A 級(jí)（優(yōu)）標(biāo)準(zhǔn)（速度有效值 0.28～2.8 mm/s），轉(zhuǎn)子經(jīng)探傷后也沒(méi)有問(wèn)題。

雖然動(dòng)平衡值已經(jīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是該壓縮機(jī)的振動(dòng)仍然超過(guò)量程100 μm以上（圖1），2013年10月被迫停機(jī)。廠方?jīng)Q定進(jìn)行檢測(cè)，以便找出故障原因。

圖1 振動(dòng)超量程

3.數(shù)據(jù)分析

本次振動(dòng)檢測(cè)共采集了42組數(shù)據(jù)，均是設(shè)備無(wú)負(fù)荷時(shí)進(jìn)行，其中空壓機(jī)2個(gè)測(cè)點(diǎn)9組數(shù)據(jù)，增速箱4個(gè)測(cè)點(diǎn)24組數(shù)據(jù)，電機(jī)2個(gè)測(cè)點(diǎn)9組數(shù)據(jù)，其松動(dòng)的典型譜圖如圖2所示。

圖2 壓縮機(jī)1號(hào)測(cè)點(diǎn)低壓側(cè)軸向

用相同的方法方法做出其他部位不同測(cè)點(diǎn)的時(shí)域圖和頻域圖，現(xiàn)將圖2、圖3、圖4的頻譜分析列為表1，其中1號(hào)測(cè)點(diǎn)壓縮機(jī)低壓側(cè)軸向（圖2）振動(dòng)值最高，松動(dòng)特征特別明顯。

4.診斷維修

空壓機(jī)的主要故障隱患是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件松動(dòng)，軸向松動(dòng)特征尤為突出（圖2），也有徑向松動(dòng)特征（圖4）。在壓縮機(jī)側(cè)偶爾會(huì)有電機(jī)軸基頻，增速箱則有電機(jī)基頻和大量諧波，電機(jī)負(fù)荷端和非負(fù)荷端有更多諧波，這些諧波幅值均很低，電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)需要注意觀察。在充分了解現(xiàn)場(chǎng)維修的情況后，決定更換轉(zhuǎn)子，在新購(gòu)轉(zhuǎn)子運(yùn)行以后，制氧機(jī)運(yùn)行恢復(fù)正常。

圖3 壓縮機(jī)1號(hào)測(cè)點(diǎn)低壓側(cè)垂直方向

圖4 壓縮機(jī)1號(hào)測(cè)點(diǎn)低壓側(cè)水平方向

表1 頻譜分析表