基于振动信号螺杆压缩机故障诊断仿真分析

2017-11-02李改军新疆圣雄氯碱有限公司新疆吐鲁番838100

化工管理 2017年29期

李改军（新疆圣雄氯碱有限公司，新疆吐鲁番 838100）

基于振动信号螺杆压缩机故障诊断仿真分析

李改军（新疆圣雄氯碱有限公司，新疆吐鲁番 838100）

螺杆压缩机是目前能源化工行业较为常用的机械设备之一，该设备的正常运转是整个生产工艺流程安全、稳定运行的重要因素。为了进一步深入分析行螺杆压缩机的故障情况，开展故障诊断分析研究，可以实时的对机械设备的运行情况进行监控，有效的分析和预测故障出现的部位和故障的严重情况，及时的提出解决措施和方案，并对维护和该井提供指导，减少故障发生的概率和设备故障产生的经济损失，提高设备运行的效率。

振动信号；螺杆压缩机；故障分析；仿真模拟

压缩机设备在能源化工、发电等行业连续生产运行系统中有着重要的作用，当设备发生故障时，将极大的影响正常生产，甚至在一些突发事故中，不仅造成巨大的经济损失，还会产生人员伤亡等严重安全事故。例如1999年，阜新电厂200MW汽轮机转子断轴事故，直接造成经济损失达三千多万元[1]。其余例如裂解气压缩机、循环气压缩机、催化裂化装置等设备，由于设备原因产生非故障停机停产，也将造成较大的经济损失。

机械设备故障诊断是基于设备运行过程各类参数的动态监测，分析设备运行过程机械运转的各项动态特征，了解设备运行过程的功率等指标情况，并对设备运行的故障进行及时的分析和预测，做到尽早发现问题并解决设备故障，防止事故的发生，维护设备正常运转的稳定[2]。随着传感技术、信号采集处理技术以及各类智能化的发展，更为精确的机械设备故障诊断分析方法得到良好的发展[3]。本文以笔者在实践工作中的螺杆压缩机的振动型号的模拟分析，来进行深入研究，进而前面的了解和掌握共振点和躲避共振点，从而对设备机组的良好运行提供参考，并进行针对性的优化和改进。

螺杆压缩机的研究方面，早在1986年时，A.Fujiwara等人利用傅里叶变换进行频谱分析，开展相关的研究，主要分析了阴阳转子的旋转频率和阴阳转子的啮合频率[4]。以及近年来，Tae⁃hee Kin等人利用神经网络研发了故障诊断和状态评定系统，能有效的对压缩机的故障进行诊断和判定[5]。本文主要是基于螺杆压缩机的振动机理，对有限元转子动力学模型进行仿真研究，分析振动信号与不平衡故障响应的关系。

1 螺杆压缩机

螺杆压缩机是一种按容积变化原理而工作的双轴回转式压缩机。设备工作时，润滑油喷入主机压缩腔，使得单级压比例可达到12以上，润滑油良好的吸收了压缩过程产生的热量，同时也有效的起到了密封的作用。工作过程周期频率为阴阳转子的啮合频率。

2 振动机理建模

以175型喷油螺杆压缩机为设计基础，进行优选也模型建立和仿真分析研究，研究过程利用UG软件，建立三维的转子模型，并利用ANSYS软件进行分析。对材料属性的输入和定义上，见表1。

表1 转子和壳体的材料属性表

3 振动故障仿真

3.1 阴阳转子啮合仿真

齿形误差、气流脉动、喷液过多等原因都会导致导致阴阳转子啮合不良。载荷系统响应公式见式1，式中f为旋转频率，Hz。

为分析研究转子啮合的响应与频率的关系，分别取旋转频率：45Hz、90Hz、180Hz进行模拟，仿真结果反应出：（1）位移响应幅值随着输入频率的增大而降低，当出现低频响应时，低频信号杂乱，无法正常的反应出转子的荷载；（2）加速度响应幅值随着输入频率的增大而降低，频率峰值为激励频率的2倍；（3）速度响应幅值与加速度响应幅值有着类似的关系，随着输入频率的增大而降低。