運用故障診斷技術確保螺桿壓縮機安全運行

曹慶俊，李崇軍，吳舉民

（寧波萬華聚氨酯有限公司，浙江 寧波 315812）

一、概述

寧波萬華聚氨酯有限公司2005年安裝投用三臺LG-66/0.7型噴水螺桿壓縮機，三臺壓縮機同時工作。壓縮機在5年的運行中，多次出現了振動超標的現象，振動烈度最高達到12.5mm/s。參照API、ISO標準，振動烈度報警值7.1mm/s，停機值11.2mm/s。鑒于該設備在生產中的重要作用，公司對其振動狀態非常重視，利用振動分析、油品分析等手段多次排除了設備故障隱患，確保機組安全運行。

二、機組工作原理

該機組為單級噴水式雙螺桿壓縮機，主要由機殼、陽轉子（4齒）、陰轉子（6齒）、機械密封、軸承、平衡活塞、同步齒輪等組成。

工作原理：利用一對帶有螺旋型齒槽相互嚙合的陰陽轉子，在具有一定形狀的進氣孔和排氣孔的密封機殼內，作相反方向的旋轉運動，使齒槽間的封閉容積逐步縮小，以提高氣體壓力。轉子在壓縮氣體過程中，噴入軟化水作為冷卻液，以降低壓縮氣體的溫度，達到提高壓縮比及氣密性的目的。壓縮氣體通過汽液分離罐與冷卻液分離后，送入CO氣體管網中，軟化水經冷卻后循環使用。壓縮機主要性能指標見表1。

表1 壓縮機主要性能指標

三、故障診斷技術

1.頻譜分析法

信號頻譜分析采用傅里葉變換將時域信號x(t)變換為頻域信號X(f)，幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。時域信號x(t)的傅里葉變換為：

式中：X(f)——信號的頻域；

X(t)——信號的時域；

f——頻率。

信號的時域描述只反映信號的幅值隨時間的變化情況，除只有一個頻率分量的簡諧波外，一般很難明確揭示信號的頻率組成和各頻率分量的大小。信號的頻譜X(f)代表了信號在不同頻率分量處信號成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀、豐富的信息。在許多場合下，用信號的頻譜來描述事物的特征也更簡潔明確。表2為振動故障頻率特征分類。

2.鐵譜分析技術

鐵譜分析技術是利用高梯度的磁場，將油內磨屑顆粒與油液及雜質分離，并使其按一定規律沉積在置于磁場上方的玻璃基片上，形成譜片。利用鐵譜顯微鏡對譜片上的磨屑進行大小、形狀、色澤、表面紋理等觀察，識別磨粒類型（定性鐵譜），或對譜片上不同沉積區域的透光度進行測量，檢測磨損烈度（定量鐵譜）。

四、機組振動故障

該機組在穩定運行到2008年時，出現了振動超標現象，經振動分析，發現設備出現較高的1倍頻率的峰值5.91mm/s（見圖1），并伴有多次諧波。且電機端軸承1倍頻率峰值達到12.43mm/s，并伴有1～8倍的諧頻，與軸承跑套故障的特征頻譜十分吻合，屬于精確倍頻故障類型（見圖2）。

表2 振動故障頻率特征分類

圖1 壓縮機排氣端主軸軸承

圖2 壓縮機電機軸伸端軸承

根據設備振動及電機振動特征的分析，懷疑設備振動的振源是由電機端引起的，且從電機軸伸出端軸承的振動頻率來看，符合軸承跑套的故障特征。但根據電機端1倍頻的峰值，并結合生產現場的粉塵環境，懷疑引起軸承跑套故障的原因是由于電機風扇積垢不均勻，導致電機轉子系動平衡破壞，從而產生振動以至軸承發生跑套故障，因此決定對壓縮機進行解體檢修。

檢修過程中發現，軸承座磨損嚴重，已磨出深達1mm的溝槽，并發現電機風扇銹蝕、結垢嚴重，利用靜平衡法調整風扇平衡，結果風扇靜平衡偏差90g，這與檢修前的分析結果吻合。通過更換軸承座、風扇葉輪動平衡校正，電機1倍頻峰值降至0.29mm/s（檢修前空載1倍頻峰值9.29mm/s）（見圖3、圖4）。

五、機組振動隱患排除

2009年11月，在例行的振動檢測中，發現該機組的陽轉子排端軸承振動異常，噪聲較大。根據振動頻譜分析，頻譜中出現了5倍頻峰值6.51mm/s，且振動加速度值達到72mm/s2，高頻有效值達到20.68，時域波形有明顯的沖擊、碰磨現象，根據振動加速度（與振動位移不一樣，趨向于強調滾動軸承故障所產生的高頻分量）對軸承故障的敏感反應，懷疑軸承出現了缺陷（見圖5、圖6）。

圖3 電機檢修前空載頻譜

圖4 電機檢修后空載頻譜

圖5 頻譜圖

同時通過油品分析，發現潤滑油中含有金屬顆粒和銅，綜合振動及油品的分析結果，斷定軸承出現磨損，且軸承的保持架也磨損嚴重。

圖6 11.18時域圖

但迫于生產壓力，壓縮機只能帶病運行，對其實行重點維護。在對11月27日的數據分析發現，軸承的損壞程度進一步惡化。振動加速度達到177.41mm/s2，高頻有效值達到34.73，頻譜中5倍頻峰值已經超過1倍及4倍頻（轉子嚙合頻率），且油箱中出現了明顯的銅屑，隨時可能出現軸承抱死的嚴重故障，于是緊急決定于27日中午停車，更換損壞軸承。

解體檢修中，發現軸承滾珠、內外圈已經嚴重磨損，軸承保持架已經磨碎。下午檢修后，設備立即投用，振動值恢復正常。

機組本次故障檢修的經濟收益巨大：直接節省維修費用600萬元，由檢修時間縮短帶來的產品產量效益200萬元。

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