轉(zhuǎn)子部件松動的離心壓縮機振動檢測

邵 丹陳 林劉萬寧魏志恒

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

1.離心式壓縮機故障檢測診斷的國內(nèi)外現(xiàn)狀

空氣壓縮機故障診斷是一門在了解設(shè)備機械結(jié)構(gòu)和工作原理的情況下，對設(shè)備的運行狀態(tài)進行判斷的技術(shù)。它是以實時監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)傳感器采集到的實時運行數(shù)據(jù)對設(shè)備的運行狀態(tài)進行判斷，并在發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)異常情況時能及時分離出故障，實現(xiàn)故障的準確定位。

空氣壓縮機作為生產(chǎn)壓縮空氣的動力機械，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已日趨普遍和重要。目前國內(nèi)正常運行的空氣壓縮機一般采用指針式儀表、數(shù)字式儀表進行檢測。其檢測、保護、故障診斷水平較低。隨著現(xiàn)場檢測床傳感器和計算機技術(shù)的快速發(fā)展及其在檢測技術(shù)中的應(yīng)用，故障發(fā)生時空氣壓縮機狀態(tài)檢測技術(shù)、故障診斷技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的現(xiàn)場觀察、指針式儀表、數(shù)字儀表到今天的計算機檢測。故障診斷專家系統(tǒng)、模糊數(shù)學等新興學科在空氣壓縮機故障檢測診斷中得到了廣泛應(yīng)用。

近年來許多企業(yè)和科研院校對空氣壓縮機狀態(tài)檢測技術(shù)和故障診斷技術(shù)進行開發(fā)研究，已經(jīng)研究出許多實用、可靠的在線檢測故障診斷系統(tǒng)。例如丹麥B＆K公司的3540系統(tǒng)，美國的Bently公司的3300空氣壓縮機檢測系統(tǒng)。國內(nèi)對空氣壓縮機故障檢測與診斷的研究也比較多，如東風華中工學院研制的SACDS在線檢測與診斷系統(tǒng)，在空氣壓縮機信號分析方法上的研究，有南京航天航空大學、西安大學等。他們把振動信號的高頻譜分析，往復機械特征頻段信號的調(diào)節(jié)分析和小波分析，運用到空氣壓縮機的故障特征提取和診斷中，并取得了很好效果。

當前的空氣壓縮機狀態(tài)檢測、故障診斷，雖然對保證工業(yè)生產(chǎn)的正常進行起了重大作用，但依舊存在不少缺點。如檢測系統(tǒng)采用單一的振動信號高頻譜分析信號源而忽略了壓力、溫度等其他信號源，從而使診斷準確性降低。與此同時國內(nèi)的診斷檢測技術(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，同時與國外技術(shù)也還存在著一定差距。

2.空氣壓縮機檢測背景

制氧廠離心式空氣壓縮機做完動平衡以后，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)達到《機械振動診斷標準（ISO 2372和ISO 3945）》柔性安裝的大型機械（600～12 000 r/min）A 級（優(yōu)）標準（速度有效值 0.28～2.8 mm/s），轉(zhuǎn)子經(jīng)探傷后也沒有問題。

雖然動平衡值已經(jīng)達到標準，但是該壓縮機的振動仍然超過量程100 μm以上（圖1），2013年10月被迫停機。廠方?jīng)Q定進行檢測，以便找出故障原因。

圖1 振動超量程

3.數(shù)據(jù)分析

本次振動檢測共采集了42組數(shù)據(jù)，均是設(shè)備無負荷時進行，其中空壓機2個測點9組數(shù)據(jù)，增速箱4個測點24組數(shù)據(jù)，電機2個測點9組數(shù)據(jù)，其松動的典型譜圖如圖2所示。

圖2 壓縮機1號測點低壓側(cè)軸向

用相同的方法方法做出其他部位不同測點的時域圖和頻域圖，現(xiàn)將圖2、圖3、圖4的頻譜分析列為表1，其中1號測點壓縮機低壓側(cè)軸向（圖2）振動值最高，松動特征特別明顯。

4.診斷維修

空壓機的主要故障隱患是壓縮機轉(zhuǎn)子部件松動，軸向松動特征尤為突出（圖2），也有徑向松動特征（圖4）。在壓縮機側(cè)偶爾會有電機軸基頻，增速箱則有電機基頻和大量諧波，電機負荷端和非負荷端有更多諧波，這些諧波幅值均很低，電機運行狀態(tài)需要注意觀察。在充分了解現(xiàn)場維修的情況后，決定更換轉(zhuǎn)子，在新購轉(zhuǎn)子運行以后，制氧機運行恢復正常。

圖3 壓縮機1號測點低壓側(cè)垂直方向

圖4 壓縮機1號測點低壓側(cè)水平方向

表1 頻譜分析表