對往復式壓縮機進行在線監測及故障分析實例

邢趙中　莫素云　慕雪梅

【摘 要】往復式壓縮機是工業過程中使用最廣泛的機械之一。正常情況下，機械設備所產生的振動信號的幅值通常是在一定范圍內，隨著現代信號處理的發展，利用監測振動信號對壓縮機進行不解體故障診斷是行之有效的方法之一。通過狀態監測能夠為提高工業現場設備管理的信息化程度，加強設備維護能力提供了有力的保障；為實現動設備預測維修、有效遏制動設備惡性事故的發生提供了必要的技術手段和保障。

【關鍵詞】往復式壓縮機；壓縮機；在線監測；振動；故障

往復式壓縮機是工業過程中使用最廣泛的機械之一。壓縮機工作時必然會產生振動，其內部零部件的性能狀態信息通過一定的傳遞途徑反映到殼體表面的振動信號中。通過多年探索，人們發現不同種類的故障具有不同的特征，并且這些特征是唯一的。只要測量條件不變，其特征頻率就不會變。將時域與頻域相結合之后，還可以得到某種頻率出現的時間，進而確定故障出現的時間種類。因此利用監測振動信號對壓縮機進行不解體故障診斷是行之有效的方法之一。

某裝置在用往復式壓縮機，是3缸6段。由于壓縮機的機構特性，因此在壓縮機的下降桿上、框架及主電機軸承座上分別安裝了傳感器及電渦流傳感器，用以測定運行過程中振動情況。

表1 壓縮機測點位號及機組報警值

我們持續觀察了當年1月1日到次年1月31日期間的振動趨勢圖，發現一年運行期間，壓縮機框架振動測點值在報警值8mm/s之下較平穩的狀態。但是在2月3日時突然出現一次大的波動，2VI-12A77超過報警值，而相應的過程振動值也出現大的波動，接下來運行又逐步恢復平穩狀態，只是監測到2VI-12A77的振動幅值程不斷上升趨勢。8月10日至8月27日期間，2VI-12A77幅值有部分已達到報警值8mm/s；9月30日至10月31日期間，2VI-12A77幅值一半超過報警值8mm/s；12月9日到12月21日期間，2VI-12A77幅值大部分超過13mm/s，第二年1月1日至1月31日，2VI-12A77幅值全部超過13mm/s，甚至超過16mm/s。

通過對機組振動波動前與異常振動時、振動后的頻譜進行對比、分析，發現在測點2VI-12A77中除了Gap電壓維持在-8.24、-8.25V左右外，其通頻值、各倍頻值均有大幅度的變化，而且是一個穩步增大的過程，同時，其高次諧波分量（1X、2X）等也較其它幾個測點值明顯增大，相位變動也比較大。查看其波形頻譜圖，發現振動時，2VI-12A77波形就已經發生畸變。但其他各測點的圖譜未發現異常；唯2VI-12A77振動值突然有大幅度的增大，該點的振動趨勢圖和波形頻譜圖振動幅值突然增大很多，各測點的波形嚴重變形，并且呈鋸齒狀。軸心軌跡與以前比較也畸變成不規則形狀。期間，生產工藝參數穩定，生產上沒有進行大的調整，相關運行參數都比較穩定，排除了由于機組的負荷變化原因引起的壓縮機振動的增大。在監測過程中，間隙電壓一直比較穩定，準確無誤，從而排除了檢測儀表誤顯示的可能。

因此認為產生這些波動主要是由于活塞桿發生彎曲，造成活塞與缸體之間發生碰磨，首次碰摩發生時，振動值急劇增大，而且隨著彎曲程度的增加，活塞與缸體之間一直處于一種穩定摩擦狀態，所以振動通頻值從4.15mm/s增加到17.2mm/s；1X、2X的幅值和相位一直處于波動狀態，其值也是在波動中趨于增大，而整個監測過程中，機組沒有發出明顯異常聲音，各個工藝參數沒有明顯變化，尤其是油壓和油溫都沒有明顯波動。通過分析發現，在壓縮機正常運行過程中，始終有一個2X倍頻成分存在，且該值遠遠大于其它分頻值，這就說明在臥式轉子系統中，發生碰摩時在徑向方向比較明顯。這也是故障征兆的一個主要信號，但是徑向方向的這個2X倍頻值與基頻值相比，還是很小的。

從總體的運行趨勢來看，壓縮機在一年的監測時間內，在徑向方向的波動幅值整體呈上升趨勢，而且沒有出現突發的大幅波動，說明這個階段的碰摩行為以接觸式的摩擦為主，并且隨著摩擦程度的增加，振動幅值穩定增大。所以該臺壓縮機相當于一直帶病運行，為安全生產埋下了隱患。

經認真查找引起故障的原因，發現可能存在如下問題：

（1）安裝完畢后，由于是新機運行，存在一定的磨合期，所以安裝后隨即找正并不代表機體各部件完全處于最優狀態。

（2）安裝的活塞環、導向環部件沒有完全達到要求，致使導向環等對活塞的支撐作用沒有完全發揮，也就是在軸向產生了一定程度的彎曲，產生碰摩。

于是，在第二年2月對該臺壓縮機進行了解體檢修。解體后，發現在4段缸體中發生了嚴重的拉缸現象，即活塞與缸體之間發生了沿軸向的動靜碰磨現象。因此根據實際情況，對四段活塞部件進行針對性維修。開車后壓縮機啟動及運行均正常。

往復式壓縮機組在線狀態監測與診斷系統的成功應用，證明大型機械設備應用狀態監測技術判斷設備運行故障是完全可行并且可靠的，這樣不但節約了頻繁開停車帶來的經濟損失，也避免了頻繁打開設備進行一些不必要的檢查時對設備本身帶來的傷害，大大確保了設備在盡可能的情況下連續運轉時限，節約了不必要的檢修成本。最主要的是通過狀態監測能夠實現動設備預測維修、有效遏制動設備惡性事故的發生。

[責任編輯：王楠]