離心式空氣壓縮機的調試及故障排除

章劍林

摘 要：介紹了英格索蘭CENTAC離心式空壓機組的設備原理和相關控制原理，探討了離心機組在整個調試過程中遇到了主要故障和問題，以及故障的分析及排除方法。

關鍵詞：離心式空壓機 控制原理 故障分析及排除

中圖分類號：TH452 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（a）-0101-02

空壓機在航空發動機的零部件試驗中起著至關重要的保障作用，所有的儀表工藝用氣和零部件的試驗環境建立都需要壓縮機提供的壓縮空氣，因此，為了給科研試驗保障提供高質量穩定的壓縮空氣，動力所空壓站相關方面不斷進行換代改造，增加供風能力和提高供氣質量，已經將原來流量小，使用年限久遠的老設備更新換代為體積小、流量大的英格索蘭離心式空壓機，因為離心式壓縮機是速度式壓縮機的一種，具有排氣量大、效率高、結構簡單、體積小、氣流不受油污染以及正常工況下運行平穩、壓縮氣流無脈動等特點，對我們的航空發動機零部件和整機試車有著更好的保障。

1 機組簡介

近年來，動力所新增多臺英格索蘭公司生產的CENTAC離心式空壓機，它在壓縮機體積小、流量大、重量輕、運行效率高、易損件少、供氣均勻、運轉平穩、經濟性好等一系列特點基礎上，采用先進的控制系統使空壓機在動力消耗節省，防止喘振，易操作，低故障率方面表現優秀，從而在最低成本下達到最佳工作狀態及最高的效率。CENTAC壓縮機是一種速度型三級離心式壓縮機。如圖1所示，空氣通過安裝在機組上的進氣調節閥進入壓縮機的第一級，首先通過葉輪的旋轉使空氣獲得較高的速度；然后氣體進入靜止的擴壓器部分，將速度轉化成壓力；然后內置于機組中的中間冷卻器去掉壓縮過程中所產生的熱量，從而提高壓縮效率；最后氣體通過不銹鋼水氣分離器除去冷凝水。當氣體被強制通過不銹鋼水氣分離器后，氣體所帶的水分降低了。這樣的過程在每一個接續的階段重復，直到壓縮機達到的了所要求的工作壓力。

CENTAC離心式空壓機采用CMC監控系統，它們監測和控制所有壓力以及控制如主電機啟動柜、油加熱器、預油泵等輔助設備，利用先進的性能控制和喘振控制方法來控制和保護空壓機。CMC調諧程序執行過程如圖2所示。該型空壓機組的主要參數如下：進氣壓力0.1 MPa，額定排氣壓力1.0 MPa，進氣流量680 Nm3/min，主電機功率為6500 HP，冷卻循環水耗水量2800l/min，水壓大于0.25 MPa且小于0.55 MPa，潤滑油壓力大于0.16 MPa且小于0.21 MPa等。

2 調試及故障排除

在機組安裝，主電機測試和機組聯軸器連接完成以后，便是機組的各項性能測試調節工作，在整個的調試過程中，進行了機組的機械性能、喘振點和節流電流等的測試和設置，同時對每一臺新的機組做了24 h的考核試車運行，在這期間無論是機組、軟啟動器方面，還是其他相關的輔助設備方面都或多或少的出現過代表性的問題，例如機組的電流和壓力等參數波動較大、機組的預潤滑油泵工作異常、啟動器故障以及供氣閥門帶壓不能動作等問題。下面我們詳細介紹下離心式空壓機在調試過程中出現的常見故障及排除方法。

2.1 機組的運行參數波動大

正如前面所述，CENTAC離心式空壓機采用CMC監控系統，它是建立在微處理器基礎上的離心機控制和監視系統，CMC面板含有一個稱作基本控制模塊（BCM）的自定義計算機板，該板有微控制器和存儲芯片，并控制其他模塊對各種輸入壓力、溫度和振動等的采集和分析。CMC利用性能及喘振保護來滿足各種壓縮空氣的系統要求，其中性能控制用于分組控制模式，它是通過控制進氣閥和排氣閥運動影響空壓機耗電量等來實現機組的穩定運行，在控制模式的選擇上，該機組選用的是調整控制，其原理如圖3所示；喘振保護則是在機組達到喘振點前打開旁通閥，實現喘振保護，旁通閥的打開點為最小負荷，它將一部分空氣排入大氣，從而使壓縮空氣系統獲得其要求的空氣，仍然產生最小空氣量，實現了空壓機喘振的避免。實際上在實現這些控制的基本內容則是我們常用的PID控制，PID控制就是比例-積分-微分控制。比例控制將發送至閥門的信號改變為對系統壓力和系統壓力設定點之間差的線性響應，也就是說如果空氣系統壓力頻繁波動，需要將比例帶Pb設置一個較低的值，從而與系統變化一致，而且隨著Pb降低，閥門壽命相應的降低，周期性變化增加。積分控制也稱作重新設置控制，它自動重新設置用戶所要求的系統壓力設定點。對于CMC來說，控制器重新設置系統壓力設置的比率稱作積分時間It，并以每秒重復單位表示。而對于微分控制是通過查看受控變量的變化時間變率，微分作用預測過程的開始點，其特性是微分作用；與P和I不同，微分作用取決于誤差坡度，如果誤差恒定，微分作用無效。圖3給出了該機組PID控制的響應曲線。

在整個的調試過程中，有一臺機組不論系統壓力是0.8MPa，還是系統壓力是1.0MPa的兩種狀態，機組的電機電流、進氣閥開度、系統的出口壓力都出現了較大的波動，電機電流的波動有40 A左右的電流，系統壓力的波動范圍有80 kPa，進氣閥開度在37%～40%之間波動。針對出現的這種現象，我們將控制參數中的P、I兩個參數進行了優化設置，首先是將機組的最大負荷和最小負荷的積分時間It調低，然后將最大負荷的比例帶Pb參數調高；通過不斷地嘗試，更改兩種負荷狀態的PI參數，最后得到的是在It大約在0.01 rep/sec左右，Pb大概在45左右時，機組的系統參數值的波動消失，各項的值與其他的機組基本相同并穩定運行。

2.2 機組預潤滑油泵異常工作

預潤滑油泵是實現潤滑油在機組開機前和機組停機后，在整個機組內部循環的設備。預潤滑油泵在正常運行期間及空壓機停機或跳閘后的所有動作都受CMC面板的控制，在接通控制面板電源并有密封空氣的前提下，啟動預潤滑油泵，此時，機組的油箱內的潤滑油將在預潤滑油泵的作用下循環，并潤滑機組的各個相關部件。按下空壓機啟動按鈕，可編程定時器的啟動時間完成后，預潤滑油泵停止工作，按下停止按鈕后泵才能再次運轉，并保持直至切斷電源或密封空氣失去。以上所述為機組預潤滑油泵的正常工作狀態，但是在調試過程中，預潤滑油泵在空壓機運轉過程中自動啟動，而且機組的油壓沒有出現增大等異常的壓力值。針對此次故障，首先到現場確認預潤滑油泵的電機是否運轉，排除控制信號指示異常的可能，然后檢查相關的控制接線和油泵是否反轉，在這些可能性排除以后，最后將注意力轉移到潤滑油系統管線上的油壓感應閥，經排查確認，之所以會出現主油泵和預潤滑油泵同時運轉的情況，是因為在調節好機組油壓后，壓力感應閥的調整螺母沒有擰緊固定，之后將其鎖緊，機組工作正常。endprint

2.3 啟動器故障

新增離心式空壓機的啟動器選用的是軟啟動器啟動，同時啟動完成以后，軟啟動器還一直投入使用監視機組電流電壓的變化情況，提供全時段的工作保護。軟起動器（軟啟動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。雖然軟啟動器在機組的運行中有著重要的作用，但是它的問題也是不容忽視的，在整個調試過程中，軟啟動器出現了如下故障：電流缺相保護動作、軟啟動器過熱保護動作等導致機組無法正常工作。缺相保護是工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可做出缺相保護反應。調試中曾有電機因為電流缺項引起電機振動，首先我們通過查找排除自身供電站供電缺項的可能，然后通過查找軟啟動器晶閘管功率單元，逐項進行檢查，確認缺相是由于晶閘管單元損壞造成，隨后更換功率單元，機組電機啟動正常，軟啟動器運行正常。另外，軟啟動器的過熱保護是通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發出報警信號。在機組調試運行期間，有一臺機組在運行過程中，突然因為軟啟動器報溫度過高故障引起機組停止運轉。隨后我們根據可能的故障原因查找排除晶閘管散熱器的散熱情況，檢查晶閘管散熱器是否完好，通過逐項排查確認為軟啟動器微控制器故障引起的誤報警，更換控制器后，一切運行正常。

通過以上關于啟動器故障的分析，我們得出在設備出現故障時，首先應該根據設備常見故障的外部原因進行排查，如果逐項進行排查后仍未找到原因，再從設備內部故障著手排查，這樣能更好更快的排除設備故障，使設備更好的安全運行。

2.4 供氣閥門故障

在氣源站中所有的供氣閥門都采用的電動金屬硬密封蝶閥，蝶閥具有啟閉方便快捷、省力、流體阻力較小，結構簡單，調節性能好等特點。但是在我們的調節過程中，仍然遇到了些許問題，例如閥門在某個開度值是帶壓不能動作、閥門卡死、閥門無法遠程控制等問題。

關于閥門在某個開度帶壓情況下無法動作的故障，引起這個問題的主要原因有閥門電機的轉矩不夠、點動控制閥門的控制信號有時滯后或精度不太高等，針對這個問題我們對有問題的閥門適當的增大轉矩，同時在操作過程中盡量以勻速調整閥門的開閉。對于閥門卡死的問題，主要原因包括閥門的蝸輪蝸桿機構卡死造成閥門不能動作、電機控制板損壞或保險損壞等，如果出現此類問題逐項檢查排除并更換故障部件即可解決排除故障。閥門無法遠程操作，可能的故障原因包括閥門設置未在遠程控制位置、閥門電機控制板損壞、I/O通訊中斷等。因此在運行操作過程中，我們一定要根據設備操作維護手冊使用設備，如有問題由現場實際情況逐一排查。

3 結論

CENTAC離心式空壓機在我們的供氣保障中屬于首次接觸，因此，在機組的調試過程中也讓我們更加細致深入的了解了機組的特性和操作運行的注意事項，并對機組的各個輔助設備的相關問題也有了深刻的了解，為我們的運行維護工作提供了堅實的基礎和豐富的經驗。在論文中所提到的相關問題，如有不妥或有誤之處，還請大家指正。endprint

2.3 啟動器故障

新增離心式空壓機的啟動器選用的是軟啟動器啟動，同時啟動完成以后，軟啟動器還一直投入使用監視機組電流電壓的變化情況，提供全時段的工作保護。軟起動器（軟啟動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。雖然軟啟動器在機組的運行中有著重要的作用，但是它的問題也是不容忽視的，在整個調試過程中，軟啟動器出現了如下故障：電流缺相保護動作、軟啟動器過熱保護動作等導致機組無法正常工作。缺相保護是工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可做出缺相保護反應。調試中曾有電機因為電流缺項引起電機振動，首先我們通過查找排除自身供電站供電缺項的可能，然后通過查找軟啟動器晶閘管功率單元，逐項進行檢查，確認缺相是由于晶閘管單元損壞造成，隨后更換功率單元，機組電機啟動正常，軟啟動器運行正常。另外，軟啟動器的過熱保護是通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發出報警信號。在機組調試運行期間，有一臺機組在運行過程中，突然因為軟啟動器報溫度過高故障引起機組停止運轉。隨后我們根據可能的故障原因查找排除晶閘管散熱器的散熱情況，檢查晶閘管散熱器是否完好，通過逐項排查確認為軟啟動器微控制器故障引起的誤報警，更換控制器后，一切運行正常。

通過以上關于啟動器故障的分析，我們得出在設備出現故障時，首先應該根據設備常見故障的外部原因進行排查，如果逐項進行排查后仍未找到原因，再從設備內部故障著手排查，這樣能更好更快的排除設備故障，使設備更好的安全運行。

2.4 供氣閥門故障

在氣源站中所有的供氣閥門都采用的電動金屬硬密封蝶閥，蝶閥具有啟閉方便快捷、省力、流體阻力較小，結構簡單，調節性能好等特點。但是在我們的調節過程中，仍然遇到了些許問題，例如閥門在某個開度值是帶壓不能動作、閥門卡死、閥門無法遠程控制等問題。

關于閥門在某個開度帶壓情況下無法動作的故障，引起這個問題的主要原因有閥門電機的轉矩不夠、點動控制閥門的控制信號有時滯后或精度不太高等，針對這個問題我們對有問題的閥門適當的增大轉矩，同時在操作過程中盡量以勻速調整閥門的開閉。對于閥門卡死的問題，主要原因包括閥門的蝸輪蝸桿機構卡死造成閥門不能動作、電機控制板損壞或保險損壞等，如果出現此類問題逐項檢查排除并更換故障部件即可解決排除故障。閥門無法遠程操作，可能的故障原因包括閥門設置未在遠程控制位置、閥門電機控制板損壞、I/O通訊中斷等。因此在運行操作過程中，我們一定要根據設備操作維護手冊使用設備，如有問題由現場實際情況逐一排查。

3 結論

CENTAC離心式空壓機在我們的供氣保障中屬于首次接觸，因此，在機組的調試過程中也讓我們更加細致深入的了解了機組的特性和操作運行的注意事項，并對機組的各個輔助設備的相關問題也有了深刻的了解，為我們的運行維護工作提供了堅實的基礎和豐富的經驗。在論文中所提到的相關問題，如有不妥或有誤之處，還請大家指正。endprint

2.3 啟動器故障

新增離心式空壓機的啟動器選用的是軟啟動器啟動，同時啟動完成以后，軟啟動器還一直投入使用監視機組電流電壓的變化情況，提供全時段的工作保護。軟起動器（軟啟動器）是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，將其接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到晶閘管全導通，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，為電動機正常運轉提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，又使電網避免了諧波污染。雖然軟啟動器在機組的運行中有著重要的作用，但是它的問題也是不容忽視的，在整個調試過程中，軟啟動器出現了如下故障：電流缺相保護動作、軟啟動器過熱保護動作等導致機組無法正常工作。缺相保護是工作時，軟起動器隨時檢測三相線電流的變化，一旦發生斷流，即可做出缺相保護反應。調試中曾有電機因為電流缺項引起電機振動，首先我們通過查找排除自身供電站供電缺項的可能，然后通過查找軟啟動器晶閘管功率單元，逐項進行檢查，確認缺相是由于晶閘管單元損壞造成，隨后更換功率單元，機組電機啟動正常，軟啟動器運行正常。另外，軟啟動器的過熱保護是通過軟起動器內部熱繼電器檢測晶閘管散熱器的溫度，一旦散熱器溫度超過允許值后自動關斷晶閘管，并發出報警信號。在機組調試運行期間，有一臺機組在運行過程中，突然因為軟啟動器報溫度過高故障引起機組停止運轉。隨后我們根據可能的故障原因查找排除晶閘管散熱器的散熱情況，檢查晶閘管散熱器是否完好，通過逐項排查確認為軟啟動器微控制器故障引起的誤報警，更換控制器后，一切運行正常。

通過以上關于啟動器故障的分析，我們得出在設備出現故障時，首先應該根據設備常見故障的外部原因進行排查，如果逐項進行排查后仍未找到原因，再從設備內部故障著手排查，這樣能更好更快的排除設備故障，使設備更好的安全運行。

2.4 供氣閥門故障

在氣源站中所有的供氣閥門都采用的電動金屬硬密封蝶閥，蝶閥具有啟閉方便快捷、省力、流體阻力較小，結構簡單，調節性能好等特點。但是在我們的調節過程中，仍然遇到了些許問題，例如閥門在某個開度值是帶壓不能動作、閥門卡死、閥門無法遠程控制等問題。

關于閥門在某個開度帶壓情況下無法動作的故障，引起這個問題的主要原因有閥門電機的轉矩不夠、點動控制閥門的控制信號有時滯后或精度不太高等，針對這個問題我們對有問題的閥門適當的增大轉矩，同時在操作過程中盡量以勻速調整閥門的開閉。對于閥門卡死的問題，主要原因包括閥門的蝸輪蝸桿機構卡死造成閥門不能動作、電機控制板損壞或保險損壞等，如果出現此類問題逐項檢查排除并更換故障部件即可解決排除故障。閥門無法遠程操作，可能的故障原因包括閥門設置未在遠程控制位置、閥門電機控制板損壞、I/O通訊中斷等。因此在運行操作過程中，我們一定要根據設備操作維護手冊使用設備，如有問題由現場實際情況逐一排查。

3 結論

CENTAC離心式空壓機在我們的供氣保障中屬于首次接觸，因此，在機組的調試過程中也讓我們更加細致深入的了解了機組的特性和操作運行的注意事項，并對機組的各個輔助設備的相關問題也有了深刻的了解，為我們的運行維護工作提供了堅實的基礎和豐富的經驗。在論文中所提到的相關問題，如有不妥或有誤之處，還請大家指正。endprint