離心式壓縮機的狀態監測與故障診斷技術

張毅涵

（湖北工業大學 湖北武漢 430068）

離心式壓縮機的狀態監測與故障診斷技術

張毅涵

（湖北工業大學 湖北武漢 430068）

為了確保離心式壓縮機的安全運轉，有必要對其進行狀態監測和故障診斷。本文介紹了狀態監測與故障診斷技術的定義與目的及其系統數據處理流程和相應的模塊功能，同時對狀態監測和故障診斷技術在離心式壓縮機中的應用進行了分析。

狀態監測；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，使氣體產生離心力，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，連續地生產出壓縮空氣。離心式空氣壓縮機屬于速度式壓縮機，在用氣負荷穩定時離心式空氣壓縮機工作穩定、可靠。①結構緊湊、重量輕，排氣量范圍大；②易損件少，運轉可靠、壽命長；③排氣不受潤滑油污染，供氣品質高；④大排量時效率高、且有利于節能。為了確保離心式壓縮機的安全運行，就有必要對其進行狀態監測和故障診斷。

1 狀態監測與故障診斷

離心式壓縮機的狀態監測是指通過測定壓縮機的某一特征參數，通過比對測量值與預設值，來判斷壓縮機狀態。故障診斷技術主要是指通過測量和記錄某一特征參數的數據，了解壓縮機的工作狀態，并根據壓縮機的運行歷史狀態，預報、分析和判斷壓縮機中潛在的或已發生的故障，鑒別故障的性質、類型、原因及部位等，預測故障發展的趨勢及相應的后果，提出維修故障的相關措施，通過調整、維修等排除故障，確保設備能夠正常運轉。

離心式壓縮機狀態監測與故障診斷的作用為：當壓縮機發生異常或故障時，迅速精準的判斷故障發生部位，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濟損失。合理的運用離心式壓縮機狀態監測與故障診斷技術，制定科學、合理的壓縮機保養計劃、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的生產效率，創造更多更高的經濟效益。

2 離心式壓縮機狀態監測和故障診斷系統的數據流程

離心式壓縮機狀態監測與故障診斷系統主要包括數據采集、數據管理、監測預警、信號分析及故障診斷模塊（圖1）。其中，數據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數據（振動、轉速、溫度及壓力等）數據管理模塊的功能是把數據采集模塊獲得的實時數據進行分類并存入穩態數據庫與啟停機數據庫，同時進行預警判斷，記錄預警事件和黑匣子數據。監測預警模塊的功能是在某一位置實時的顯示測點的狀態數據，并根據預警限發出預警信號。信號分析模塊的功能是繪制波形圖、頻譜圖及發展趨勢圖等圖形。故障診斷模塊的功能是通過對相關圖形進行分析，提取故障前兆，根據專業知識對故障進行推理和診斷，給出故障診斷包好，并提出相應的故障排除措施。

圖1 系統數據模塊與流程圖

3 離心式壓縮機狀態監測實例分析與常見故障

3.1 狀態監測實例

以某企業循環氫壓縮機（LG.W-12/150）為例。在該設備的轉子上布置相傳感器，以測量該設備的軸瓦溫度、軸振動、軸位移等參數。

2014年8月13日，系統突然停電，機組設備自帶主潤滑油泵和輔潤滑油泵均停止運轉，同時進行自保聯鎖停機。待重新啟動機組設備時，機組出現振動故障，在進行低速暖機時，振動值相對較低，最大振動值為7.8μm。但是，當機組轉速上升至5230r/min時，振動值急速升高，致使機組自保聯鎖停機。待機組停止運轉后，根據傳感信號對轉子及時的檢查維修發現，轉子、定子隔板均出現了非常嚴重的碰磨，同時在隔板內發現了一處磨損非常嚴重的鋼板，其面積約為25cm×35cm，從而導致葉輪入口、隔板均受到嚴重的磨損。

3.2 常見故障

在日常工作過程中，離心式壓縮機常常發生的故障主要包括轉子不平衡、轉子不對中、油膜渦動、轉子彎曲、旋轉失速與喘振、轉子動靜部件碰磨等。其中，轉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、漸發性不平衡及突發性不平衡等類型。轉子不平衡的頻譜特征（圖2）主要表現為：振動波形接近于正弦曲線；諧波能量主要集中于基頻，而高頻部分會出現較小的諧波；轉子轉速一定時，波形相位比較穩定；轉子的軸心軌跡為橢圓形。

圖2 轉子不平衡的振動波形頻譜圖

轉子不對中主要是指在安裝過程中，驅動機和被驅動機之間沒有對準軸心線或者溫度變化致使軸心線偏離，從而導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，產生振動，從而對機組的長期運行產生不利影響。轉子彎曲產生的原因主要包括壓縮機的使用保養不正確、熱態停機后沒有盤車轉子、機組停運后經受不均勻外力和轉子有殘余應力釋放等。旋轉失速與喘振（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生，這取決于兩方面的因素：①機組運行工況偏離設計點，流量小于最小值，在葉輪或擴壓器內出現氣流的嚴重旋轉脫離；②管網壓力高于機組所能供給的排氣壓力，導致氣體倒流，并產生氣流脈動現象。轉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，導致轉子在運行過程中與靜止部件相互摩擦。

表1 旋轉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，不但會影響設備的正常運轉，而且修復轉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和正常運轉，轉子的精度也仍然無法達到其出廠時的要求，導致機組的工作效率降低，同時也會提高機組運轉過程的蒸汽消耗。筆者根據實際的工作經驗，就離心式壓縮機的日常維護提出若干意見：①定期監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；③嚴格檢測機組所使用的油質，嚴格分析機組的壓力、溫度、及轉速等參數，及時發現故障并進行維修和排除，保證機組能夠正常運轉；③監視機組振動軸的實時位移，認真觀察、記錄相關數據；④實時檢查機組各部位的保溫狀況，如果發生損壞，必須及時進行修復，從而保證機組的干凈、清潔。

5 結語

為了保證離心式壓縮機的安全運轉，及時發現故障、和排除故障，就需要對離心式壓縮機的運轉狀態進行實時監測，實時掌握離心式壓縮機的運轉狀況。根據實時監測的數據報告分析，判斷離心式壓縮機的是否發生故障。如果發生故障，即可及時排除故障。這對于提高企業的生產效率和經濟效益具有非常重要的促進作用。

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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，主要從事化工設備管理工作。