运用故障诊断技术确保螺杆压缩机安全运行

曹庆俊，李崇军，吴举民

（宁波万华聚氨酯有限公司，浙江 宁波 315812）

一、概述

宁波万华聚氨酯有限公司2005年安装投用三台LG-66/0.7型喷水螺杆压缩机，三台压缩机同时工作。压缩机在5年的运行中，多次出现了振动超标的现象，振动烈度最高达到12.5mm/s。参照API、ISO标准，振动烈度报警值7.1mm/s，停机值11.2mm/s。鉴于该设备在生产中的重要作用，公司对其振动状态非常重视，利用振动分析、油品分析等手段多次排除了设备故障隐患，确保机组安全运行。

二、机组工作原理

该机组为单级喷水式双螺杆压缩机，主要由机壳、阳转子（4齿）、阴转子（6齿）、机械密封、轴承、平衡活塞、同步齿轮等组成。

工作原理：利用一对带有螺旋型齿槽相互啮合的阴阳转子，在具有一定形状的进气孔和排气孔的密封机壳内，作相反方向的旋转运动，使齿槽间的封闭容积逐步缩小，以提高气体压力。转子在压缩气体过程中，喷入软化水作为冷却液，以降低压缩气体的温度，达到提高压缩比及气密性的目的。压缩气体通过汽液分离罐与冷却液分离后，送入CO气体管网中，软化水经冷却后循环使用。压缩机主要性能指标见表1。

表1 压缩机主要性能指标

三、故障诊断技术

1.频谱分析法

信号频谱分析采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅里叶变换为：

式中：X(f)——信号的频域；

X(t)——信号的时域；

f——频率。

信号的时域描述只反映信号的幅值随时间的变化情况，除只有一个频率分量的简谐波外，一般很难明确揭示信号的频率组成和各频率分量的大小。信号的频谱X(f)代表了信号在不同频率分量处信号成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观、丰富的信息。在许多场合下，用信号的频谱来描述事物的特征也更简洁明确。表2为振动故障频率特征分类。

2.铁谱分析技术

铁谱分析技术是利用高梯度的磁场，将油内磨屑颗粒与油液及杂质分离，并使其按一定规律沉积在置于磁场上方的玻璃基片上，形成谱片。利用铁谱显微镜对谱片上的磨屑进行大小、形状、色泽、表面纹理等观察，识别磨粒类型（定性铁谱），或对谱片上不同沉积区域的透光度进行测量，检测磨损烈度（定量铁谱）。

四、机组振动故障

该机组在稳定运行到2008年时，出现了振动超标现象，经振动分析，发现设备出现较高的1倍频率的峰值5.91mm/s（见图1），并伴有多次谐波。且电机端轴承1倍频率峰值达到12.43mm/s，并伴有1～8倍的谐频，与轴承跑套故障的特征频谱十分吻合，属于精确倍频故障类型（见图2）。

表2 振动故障频率特征分类

图1 压缩机排气端主轴轴承

图2 压缩机电机轴伸端轴承

根据设备振动及电机振动特征的分析，怀疑设备振动的振源是由电机端引起的，且从电机轴伸出端轴承的振动频率来看，符合轴承跑套的故障特征。但根据电机端1倍频的峰值，并结合生产现场的粉尘环境，怀疑引起轴承跑套故障的原因是由于电机风扇积垢不均匀，导致电机转子系动平衡破坏，从而产生振动以至轴承发生跑套故障，因此决定对压缩机进行解体检修。

检修过程中发现，轴承座磨损严重，已磨出深达1mm的沟槽，并发现电机风扇锈蚀、结垢严重，利用静平衡法调整风扇平衡，结果风扇静平衡偏差90g，这与检修前的分析结果吻合。通过更换轴承座、风扇叶轮动平衡校正，电机1倍频峰值降至0.29mm/s（检修前空载1倍频峰值9.29mm/s）（见图3、图4）。

五、机组振动隐患排除

2009年11月，在例行的振动检测中，发现该机组的阳转子排端轴承振动异常，噪声较大。根据振动频谱分析，频谱中出现了5倍频峰值6.51mm/s，且振动加速度值达到72mm/s2，高频有效值达到20.68，时域波形有明显的冲击、碰磨现象，根据振动加速度（与振动位移不一样，趋向于强调滚动轴承故障所产生的高频分量）对轴承故障的敏感反应，怀疑轴承出现了缺陷（见图5、图6）。

图3 电机检修前空载频谱

图4 电机检修后空载频谱

图5 频谱图

同时通过油品分析，发现润滑油中含有金属颗粒和铜，综合振动及油品的分析结果，断定轴承出现磨损，且轴承的保持架也磨损严重。

图6 11.18时域图

但迫于生产压力，压缩机只能带病运行，对其实行重点维护。在对11月27日的数据分析发现，轴承的损坏程度进一步恶化。振动加速度达到177.41mm/s2，高频有效值达到34.73，频谱中5倍频峰值已经超过1倍及4倍频（转子啮合频率），且油箱中出现了明显的铜屑，随时可能出现轴承抱死的严重故障，于是紧急决定于27日中午停车，更换损坏轴承。

解体检修中，发现轴承滚珠、内外圈已经严重磨损，轴承保持架已经磨碎。下午检修后，设备立即投用，振动值恢复正常。

机组本次故障检修的经济收益巨大：直接节省维修费用600万元，由检修时间缩短带来的产品产量效益200万元。

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