DH80空压机振动检测与故障诊断

王晓雪，冯志超，王岩

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳122000）

DH80空压机振动检测与故障诊断

王晓雪，冯志超，王岩

（鞍钢集团朝阳钢铁有限公司，辽宁朝阳122000）

通过在线监测系统对空压机机组进行状态检测，并由其设备劣化趋势图和振动频谱特征进行相应的故障诊断，分析空压机在运行过程中产生振动的原因，并提出处理措施，探索和实践预知维修，保证空压机的安全运行。

离心式压缩机；振动；故障分析

DH80型空压机是鞍钢集团朝阳钢铁有限公司10 000 m3/h制氧机组的核心设备，为空分装置输送原料空气，其运行的稳定性直接影响制氧机组的正常生产。

透平压缩机的振动是压缩机设计、制造、安装和运行管理的综合反映，也就是说，影响透平压缩机正常运行的内部和外界因素很多，且DH80型压缩机的结构较复杂，含高速轴、低速轴、主轴以及齿轮啮合等结构，其中的任一部件出现异常均可导致空压机振动，且难以区分，从而影响了故障诊断的准确性。

本文针对DH80型空压机的2次典型振动故障，利用检测与分析仪器，分析引起空压机轴振动值异常的原因，及时做出故障诊断并提出处理措施，经过有针对性的故障处理和设备维修，恢复了设备的正常运行。

1　空压机性能

DH80型空压机是沈阳鼓风机厂生产的双轴离心压缩机，采用整体齿轮型结构，四级压缩，三级冷却，通过齿式联轴器驱动增速器大齿轮，大齿轮驱动两侧平行配置的呈H形布置的2个从动小齿轮轴，低速轴转速为7 783.78 r/min，高速轴转速为9 600.00 r/min，每个转子上的2套径向轴承为可倾瓦轴承，采用油泵供油强制润滑。可倾瓦轴承有5个瓦块，周向均布，内浇铸巴氏合金。每级轴瓦瓦体端面通过固定卡箍装有2个涡电流式振动传感器，在转子轴正上方互成90°分布，监测转轴的振动。振动传感器采集的信号经延长电缆接入前置放大器后输出非标准电压信号，再经仪控柜上框架式监视器处理，输出标准模拟信号并在DCS控制系统上显示，参与报警、连锁。空压机结构和测点分布如图1所示。

2　故障分析和故障处理

2.1叶轮故障分析

2.1.1叶轮不平衡

2010年10月空压机投入运行后运行状态良好，三级X测点振动幅值为19.5 μm，四级X测点振动幅值为26.9 μm（Y测点振动幅值均略小于X测点）。但于2011年6月末空压机四级轴振动缓慢上升，到2012年1月24日，空压机四级X测点振动幅值增大到35.8 μm，超过振动报警幅值（35.5 μm），振动联锁跳车值为43.3 μm。三级和四级振动测点劣化趋势见图2所示。

根据振动测点的曲线分析，振动测点劣化趋势明显。参照工艺参数检测情况发现，空压机负荷没有进行任何调整，因此，排除了因负荷波动引起振动的因素。为进一步确定振动产生的原因，鞍钢集团朝阳钢铁有限公司分别于2012年2月3日和2月16日，采用MVP-2C型测振仪对压缩机四级轴承的振动进行离线检测，四级测点振动频谱图如图3所示。

频谱图上明显反应出频率160 Hz处振动速度值最大，达到0.7 mm/s。由于受到条件限制，测得的振动信号经过轴瓦压盖和齿轮箱箱体已经大大衰减，因此振动值不是很大。三、四级转子工作转速为9 600 r/min，恰好与振动最大值的频率160 Hz相吻合。根据振动特征基本确认为是转子渐变不平衡，产生一倍频能力激发，从而在转子径向平面内的任一方向上都引起了与转速同频的强迫振动，在机器外部表现为振动增大。另一方面，频谱图中8倍频处振动速度达0.55 mm/s，三、四级叶轮的叶片数为8片，基本确认为三、四级转子、叶轮叶片积灰，使质量分配不均，破坏了转子的动平衡。2012年3月3日，DH80空压机停机进行年修，解体检查发现，入口管道内壁、入口导叶叶片、一级蜗壳、一级叶片扩压器、一级冷却器空气侧翅片、一级和二级叶轮均发现均匀分布的油灰垢层厚达6 mm。但因为有油，灰尘的黏度增加，形成均匀坚固的垢层而没有脱落。三级、四级蜗壳、扩压器和叶轮发现灰垢层厚达3 mm，但因垢层疏松、粗糙、不均匀，容易脱落，致使转子动平衡破坏，造成机组三、四级轴振动增大。

引起转子积灰的主要原因有机组入口空气过滤器过滤效果差，空压机级间管道和冷却器内壁积灰、锈蚀和结垢等［1］。对出现油灰垢层情况进行分析，经排查认为是空气过滤器滤筒过滤效率不高，或存在空气未经过滤直接进入空压机所致。检查空气过滤器阻力为680 Pa，未达到更换标准，继而对滤筒的质量进行调查，确认滤筒与净气室进风口联接处的密封胶圈内径尺寸小，恰好顶在滤筒定位架的固定螺栓处而形成间隙，致使空气直接进入空压机，同时该空压机的排油烟管道出口距离空气过滤器进风口较近，使一部分油烟也因此被吸入压缩机内，灰尘混合少量的油烟附着在一、二级工作轮叶片处。而空气中的少量油烟途经一、二级叶轮、叶片扩压器、级间管道及一、二级冷却器气侧翅片后所剩无几，使三、四级叶轮叶片积灰松散而脱落破坏转子的动平衡，这是引起振动的主要原因，检查结果与诊断结论一致。

2.1.2故障处理

更换了符合标准的空气过滤器滤筒；把排油烟管道升高，远离过滤器进风口；入口管道内壁、入口导叶叶片、一级蜗壳、一级叶片扩压器、冷却器、一级和二级叶轮、三级和四级蜗壳、扩压器和叶轮清灰除垢并脱脂；三、四级转子叶轮清灰除垢后送沈鼓做叶轮喷砂和转子校正动平衡。2012年3月16日检修结束后启动空压机，四级轴振动幅值恢复至25.1 μm，机组运转状态良好，三级X振动幅值为14.1 μm和四级X振动幅值为23.1 μm。

2.2齿轮故障分析

2.2.1齿轮接触精度不高

2012年3月16日空压机投入运行，2013年4月空压机开始陆续出现7次无规律振动报警现象，但每次轴振动波动10余分钟后即恢复正常运行状态，且波动前后均无生产工艺调整，且油温油压、排气压力、流量和轴瓦温度等参数均无变化。到2013年7月20日四级X测点的振动幅值从27.2 μm突升至33.4 μm后随油温变化作小幅度波动运行。8月10日，振动幅值上升至37 μm，超报警幅值35.5 μm运行。

为了更好地掌握空压机的运行状态，2013年8月12日经GE公司技术人员现场测得频谱分析，3500读数、system1读数与DCS显示基本一致，确认3500系统输出至DCS数据真实可信，不存在明显干扰信号。可见由干扰信号引起振动显示的因素可以排除，确定了振动是由设备本身的原因造成的。8月14日，请鞍钢股份设备保障部测试专家进行测试，并对导致空压机产生振动的原因进行了深入分析。

2.2.2轴心轨迹分析

四级轴心轨迹图见图4。三级轴心轨迹呈很扁的椭圆，四级轴心轨迹除了呈现很扁的椭圆外还带有8字形，可以判断为轴承间隙有问题或轴承刚度存在方向上的较大差异。四级轴心轨迹所带的8字形表现出了不同心的故障特征，但是该机型的三轴并未与其他轴相连接，不存在同心度的故障，进一步证明了三轴齿轮与大齿轮齿接触精度存在问题。

2.2.3频谱分析

4级啮合频率及三轴转频边带见图5。

从频谱图中“四级啮合频率及三轴转频边带”可以看出，三轴啮合频率4 800 Hz带有三轴转频160 Hz边带，说明三轴齿数与大齿轮齿接触精度存在问题，因此，在运转中三轴不稳定。三轴转频及其谐波频率见图6。

从频谱图中“三轴转频及谐波频率”中可以看出，有三轴转频160 Hz的高次谐波出现，且峰值较高，进一步证明三轴在运转中不稳定。

综合各方面的因素得出：增速机三轴位置不正，轴在轴瓦中运行状态不稳，是引起振动的主要原因。

2.2.4故障处理

2013年10月25日该机停机检修。设备解体后，鞍钢集团朝阳钢铁有限公司针对三轴在轴瓦中运行不稳，四级轴振动大的故障，分别用着色法、压铅法、抬轴法检查和测量三、四级轴瓦的巴氏合金表面有无研磨、裂纹、气泡等缺陷；瓦体与下机座凹窝、与轴瓦压盖等的接触情况；轴瓦与压盖的过盈；轴瓦顶间隙等项目，以确定轴瓦的安装精度和工作质量等方面是否存在问题。检查和测量情况见表1。

表1　检查和测量情况

从表1可以看出，轴瓦的安装精度和工作质量均在正常范围，排除因轴瓦的原因造成四级轴振动过大。用着色法检测三、四级齿轮轴的轮齿大齿轮齿静态接触精度是否符合标准。在主动齿轮即大齿轮轮齿的工作面均匀涂上薄薄的章丹粉，再按照工作转向盘动大齿轮，查看三、四级齿轮相对应的轮齿工作面上的着色痕迹。结果显示，靠近四级轴瓦侧着色偏重，沿齿宽接触大约为65％，达到齿轮接触精度的最低标准（标准为轮齿静态接触＞65％）。

根据齿轮接触精度检测结果，决定调整接触精度，目标值是沿齿宽接触达到90％左右，提高齿轮轴运行的平稳性，降低轴振动。通过大齿轮与三、四级齿轮的啮合情况可看出，只要降低四级瓦的高度，就可以使齿轮接触向三级侧延续，从而提高齿轮接触精度。考虑操作的难易程度，采用研磨四级瓦下瓦体比研磨箱体凹窝更为方便，且能在保证齿轮接触精度的同时，还能保证下瓦体与箱体凹窝的接触精度。经过检修人员数次精心研磨和轮齿接触精度检测，使接触精度达到90％左右。同时通过研磨上、下瓦体的中分面，将四级瓦的顶间隙缩小到0.20 mm。

在完成了该机其他检修项目后，2013年11月9日试车，四级X轴振动幅值由37 μm下降到27 μm。其他各部技术参数也在正常范围内，运行至今没有出现异常。

3　结语

通过应用状态监测和频谱分析技术，对DH 80离心空压机2次典型振动故障进行诊断，确定故障原因，制定维修方案，适时安排维修，排除故障，恢复设备正常运行的事例表明，应用先进的测试仪器，对大型的离心压缩机进行状态监测和频谱分析，对于准确判断故障部位和原因，有针对性地开展维修，及时排除故障，探索和实践预知维修，保证设备的稳定运行，起到了重要的作用。

［1］王瑾辉．DH90空压机振动的原因分析及对策［J］．武汉科技大学学报，2006，（2）：183-185.

（编辑贺英群）

修回时间：2015-02-10

Vibration Detection and Fault Diagnosis for DH80 Air Compressor

Wang Xiaoxue，Feng Zhichao，Wang Yan
（Chaoyang Iron＆amp;Steel Co.，Ltd.of Ansteel Group Corporation，Chaoyang 122000，Liaoning，China）

The running state of the DH80 air compressor unit was on-line monitored by the online monitoring system，and thus the relevant fault diagnosis was done based on the degradation trend chart of the equipment and its vibration spectrum characteristics.And furthermore the causes leading to the vibration during operation of the air compressor were also analyzed so that the preventive and explorative treatment measures for the maintenance equipment in the future operation practice were proposed to guarantee the safe operation of the air compressor.

centrifugal compressor；vibration；faults analysis

TH45

A

1006-4613（2015）06-0057-03

王晓雪，工程师，2008年7月毕业于辽宁科技大学机械设计制造及其自动化专业。E-mail:sbbzcyx@163.com