狀態監測技術在壓縮機故障判斷的應用

摘 要：狀態監測技術在壓縮機故障判斷上的應用，是根據壓縮機在運行過程中產生的壓力、噪聲、振動、溫度等變化等各種信息，以判斷壓縮機的運行狀態及是否發生了故障。文章結合壓縮機故障的特點，并用實例簡要說明了故障診斷技術的使用方法和技術特點。

關鍵詞：壓縮機；故障診斷；離線；信號處理

在腈綸廠，系統車間的壓縮機制冷裝置安全運行的關鍵設備，其一旦發生故障，將影響整個系統的安全穩定運行。因此，技術人員不斷對壓縮機的故障診斷進行深入研究。目前已經成功運用的方法有振動法，通過對運轉設備的振動值進行測量，結合設備實際進行故障診斷。往往能得到可靠的故障診斷，在實際工作中的運行創造了良好的社會效益和經濟效益，為壓縮機的安全運行提供可靠保障。

1 故障診斷技術的作用

壓縮機故障診斷的運用，可以及時發現故障和預防非計劃停車現象的發生。或者能在發現故障預兆時就能及時停車，避免故障嚴重時導致更大的損失。而且可按診斷的故障性質和部位，有目的的進行檢修。像這種有針對性的維修，一是可以節約維修費用，二是能大大縮短故障處理時間，從而大幅度地提高生產效率。

2 壓縮機故障診斷的對象

2.1 壓縮機零部件的故障診斷

對機器可靠性起決定影響的關鍵零件，進行重點檢測。例如曲軸、活塞桿、連桿、氣閥、冷卻器等。在日常運行的故障診斷技術中，主要是針對這些零部件的狀態參數進行診斷。雖然有時零件的狀況主要依靠直接的振動測量以及磨損殘留物測定等方法，有時也采取一些特殊的方法來確定。

經常也用非接觸式電子探頭測量軸心的位置，由于壓縮機零件在運行過程中發熱是一種普遍的物理現象，因此也用熱電偶測量軸承中摩擦發熱的情況。或者安裝專用的傳感器測量氣缸襯套的磨損情況。

2.2 整機的故障診斷

通過壓縮機功能的異常，故障的劣化等現象，分析產生的原因。分析主要零部件的可靠性，預測其的使用壽命，確定修復和改善的方法。對于整機的故障診斷，識別理論是診斷理論的主要內容。在識別中首先要明確診斷對象，即明確要診斷的狀態；二是選定檢測和診斷所用的特征參數，并需要確定這些特征參數之間的關系；最后提出診斷方法。整機性能測定是指通過測量機器的輸出或輸出與輸入的關系來判斷機器運行狀態的是否正常。如測量壓縮機的功耗與排氣量的關系等，這些指標對于機器的初期失效往往不很靈敏，因為這些主要零件在影響機器性能以前可能已經存在缺陷，只不過未反應到這些指標上。

3 機組或系統的故障診斷實例

某日，腈綸廠系統車間的冰機異響，因此進行了振動檢測和分析。分別測取和采集了轉子的相對軸振動信號和機體軸承座處的絕對振動信號。當時機組轉速：6170轉/分，流量大幅度波動（也可能是流量表的問題），高壓缸出口管線震動很大。數據說明該機高壓缸的振動明顯增大。測點位置見下圖。

該機組高壓缸異響前的幾天振動逐漸增大，3段入口由平日的67微米，增到了80～100微米。監測時在88微米左右波動。振動信號中的主要成分：1倍頻、0.25倍頻、0.5倍頻、0.75倍頻。其中波動最大的分量是0.5倍頻（110HZ左右），并且相位變化無常例如：

（1）總振幅=80微米時，1倍頻幅值=68微米，相位178度，0.5倍頻幅值=0微米，相位

（2）總振幅=88微米時，1倍頻幅值=68微米，相位179度，0.5倍頻幅值=3微米，相位113度

（3）總振幅=97微米時，1倍頻幅值=70微米，相位182度，0.5倍頻幅值=40微米，相位-9度

（4）總振幅=102微米時，1倍頻幅值=71微米，相位184度，0.5倍頻幅值=36微米，相位179度

根據監測數據分析和現場相關參數，我們分析高壓缸振動增大得主要原因是：流體激振所致。由于個別流道被結晶的雜質減小了通流截面（或改變了葉片入口角）使原有的旋轉分離加劇。比較在輸入端和輸出端軸承座上水平和垂直相位差角，來確認是否有不平衡問題的存在。采取的做法是測量和比較輸入端和輸出端軸承座上水平方向的相位差角的值，如果存在一定程度的不平衡問題，1XRPM振動幅值肯定是較高的，并且在兩個軸承座上水平方向的振動相位差等于垂直方向的振動相位差（±30°）。這說明，轉子的運動狀態在水平方向和垂直方向是相同的，否則，其主要問題可能就不會是不平衡問題了。在此次狀態監測中，我們注意到在電機的兩個軸承上，水平方向的振動相位差是90°-30°=60°，垂直方向的相位差是180°-120°=60°，這強有力地說明是不平衡問題。

在充分考慮了在原先壓縮機診斷中形成的故障分析經驗，充分吸取了專業的歷史經驗得出以下結論：目前振動是由以下問題合成的結果：轉子質量不平衡（轉子上的殘余不平衡量加上最近倒流入汽缸內的部分雜質使質量重新分布造成的響應）（占總量60～70%向量值）；另一個原因是高壓缸葉輪及擴壓器流道中的氣流旋轉分離；（占總量30～40%向量值），這是當前的主要問題，只要將低頻波動消除或降低，均可使振動減緩。實踐證明，在設備大檢修期間，轉子上附著大量的雜質，嚴重影響了轉子的平衡。通過檢修時清理，運轉正常。

參考文獻

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