空压机振动故障诊断

空压机振动故障诊断（共4篇）

空压机振动故障诊断 篇1

一、概述

空分装置是炼化企业的重要装置, 为下游装置提供合格的氧气、氮气及其他相关气体的任务, 是保证下游装置长周期平稳运行的基础。而空压机做为空分装置的核心设备, 对其进行状态监测和故障诊断, 确保其正常运行显得至关重要。

大庆炼化公司空分装置空压一站所使用的空压机C101B (图1) 是开封空分设备厂生产的H100-9/0.97型离心式压缩机, 驱动电机转速2972r/min, 电机通过齿轮联轴器与压缩机大齿轮轴相联, 大齿轮两边再带动两个小齿轮, 每个小齿轮轴两端分别装配一个闭式叶轮, 实现4级压缩。其中低速轴转速为20174r/min, 高速轴转速为24656r/min, 3根轴的支承轴承均为可倾瓦轴承, 前后轴封均为迷宫密封, 应用S8000在线监测系统对其进行在线监测。

二、振动现象及频谱分析

1. 振动现象

空压机C101B平稳运行到2009年10月10日, S8000在线监测系统显示一级测点XE-1Y、二级测点XE-2Y的振动值持续增大, 到10月12日, 一级测点XE-1Y振动值由36μm增至109μm, 二级测点XE-2Y振动值由68μm增至98μm (图2、图3) 。为分析振动原因, 首先调取工艺参数检查变化情况, 得知; (1) 空压机出入口压力没有变化; (2) 一、二级出入口温度变化与振动无明显的关系; (3) 空压机负荷没做调整; (4) 振动变化与润滑油温度的变化有密切关系, 当滑油温度改变时, 一、二级振动幅值随油温的改变而变化, 且轴瓦温度也随着波动。

2. 频谱分析

上述振动现象说明, 振动由负荷波动引起的原因可排除。为确定振动变化的原因, 应用S8000在线监测系统对空压机产生振动的原因进行了分析。从S8000在线监测系统提供的频谱图 (图4、图5、图6、图7) 可看出, 当振动幅值增大或减小时, 频谱中没有新的故障频率成分出现, 始终是低速轴工频336Hz的幅值随着振动幅值的改变而变化, 其他频率成分振动变化较小。

由上述工艺情况和振动现象分析, 初步判断空压机振动异常的原因可能是转子不平衡或轴瓦磨损。

三、诊断结论

转子不平衡故障的主要特征表现为:振动时域波形近似为正弦波, 频谱能量集中于基频、高次谐波较小, 转子轴心轨迹为椭圆。对原始不平衡运行初期机组振动就处于较高水平;对渐变不平衡, 运行初期机组振动较低, 随着时间的推移, 振值逐步提高;对突发性不平衡, 振动值突然提高, 然后稳定在一个较高的水平。

当转子作用于轴承上的力发生改变时, 特别是转子负荷加大时, 滑动轴承的油膜支撑力作为一对平衡力, 也跟着上升, 转子负荷超过油膜支撑力极限时, 导致油膜破坏, 轴振动幅值上升;当润滑油油温上升, 油的黏度下降, 油膜支撑力下降, 同样会导致油膜破坏, 轴振动幅值上升, 且轴承温度跟着上升。

综合以上的分析判断, 空压机运行时间较长, 一、二级叶轮可能出现因积灰造成的渐变不平衡现象, 且随着不平衡的加剧, 轴瓦进一步磨损, 从而导致一、二级振动逐步增大。建议空压机立即停机, 检查一、二级转子的结垢情况, 检查轴承状况。

四、验证结果

空压机停机检修, 解体检查发现:一、二级叶轮严重积灰结垢, 垢层均匀分布;一、二级轴瓦下瓦块磨损或破碎, 检修结果与诊断结论一致。

更换空气过滤器滤袋, 一、二级转子除垢并复校动平衡, 更换一、二级轴瓦。检修后启机, 各级振动明显下降, 最大36μm, 机组振动及运转状况良好。

参考文献

[1]黄崇林, 吕广红, 钟经山.DH63型空压机振动故障分析与处理[J].现代机械, 2007 (5) :23～27

[2]盛兆顺.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].北京:化学工业出版社, 2003

[3]沈庆根, 郑水英.设备故障诊断[M].北京:化学工业出版社, 20074金锁英, 余智玲.空分装置空压机振动分析及故障诊断[J].通用机械, 2004 (5) :67～69

氮压机振动异常诊断分析及处理 篇2

关键词：振动异常,诊断分析,油膜涡动,预知检修

1 设备简介

该氮压机是美国Ingersoll Rand公司生产的一种速度型的离心式压缩机 (图1) , 采用三级压缩, 三根单轴单叶轮形式的转子呈正三角形分布在主齿轮轴圆周面上, 叶轮为半开式后弯型结构。设备型号C130MXN2, 入口压力0.05 MPa, 出口压力0.6~0.8MPa, 介质温度25℃, 一、二、三级转速分别为16800、24000、33000rpm。

2 机组运行状况及故障现象

氮压机三级转子在2010年1月6日检修后, 三级的X、Y仪表探头振动分别为9.6μm和12.1μm。在2012年1月振动值开始出现无规律的波动, 3月份波动值增大次数增多, Y探头最大振动值达到16.7μm, 2012年4月7日23:16三级振动瞬间达到60μm, 三级出现联锁跳车, 为确保装置平稳运行决定对氮压机三级进行了解体检修。检修后发现, 三级转子出现叶轮侧径向可倾瓦瓦块结焦、瓦块表面巴氏合金层受损严重、齿轮轴叶轮侧径向瓦部位颜色发黑、叶轮有8个叶片轮缘卷边、扩压器在可倾瓦有刮痕。

S8000在线监测系统显示, 2012年4月8日检修后, 机组振动趋势 (图2) 稳定在9~10μm之间, 运行到8月16日, 振幅降到7μm左右, 11月7日15时45分, 出现明显波动, 振幅升高至12.2μm, 运行到2013年2月12日达到了13.3μm, 三级转子设定的报警值为25μm, 停机值为30μm。系统灵敏监测捕捉到 (图3) 2013年2月17日01:39:11振幅达到27.7μm和2013年2月18日07:48:15振幅达到28.7μm, 一天多的时间里两次达到报警值, 接近停机跳车值。

3 振动特性及故障诊断

3.1 振动特性

3.1.1 波形频谱图

2013年2月18日07:48:15三级轴承波形频谱 (图4) , 光标时间07:48:15.250波形值达到了133.2μm, 振动分量主要集中在1倍频6.2μm, 基波0.5μm, 其他还有<0.5倍频、2倍频、3倍频等存在。

3.1.2 轴心轨迹图

提纯后的三级轴承1倍频轴心轨迹图 (图5) 显示旋转方向与进动方向相反为反进动, 轨迹为椭圆形。

3.1.3 全息谱图

三级轴承全息谱图 (图6) , 图谱显示0.5倍频为正进动, 1、2倍频为反进动。

3.2 振动诊断分析

图5、图6均显示1倍频为反进动, 但是这个反进动不可以作为动静摩擦的依据, 因为查看其历史数据, 均为反进动, 包括检修后振幅3.9μm时。从图4看波形比较平滑没有削波现象, 2次谐波明显小于3次谐波。波形图捕捉到波形值133.2μm剧烈振动, 振动方向朝向X探头 (图7) , 超过联锁停机值但是未停机。对比X、Y方向振动趋势图, 同一段时间里, X探头捕捉到振动, Y探头灵敏监测却无法捕捉到大的振动幅值, 这说明振动时间非常短暂。

图6显示, 0.5倍频为正进动;从图4可以看出有许多低频成分存在, <0.5倍频存在比较大的分量, 同时在1倍频周围出现很多组合频率, 从这些特征来看滑动轴承出现油膜涡动随着油膜的稳定性变差出现剧烈油膜振荡。

根据图谱分析, 初步判断的结果是, 2012年11月7日, 压缩机二级至三级进气管路有垢块剥落或者其他固体剥落, 被三级叶轮吸入口高速吸入, 与叶轮顶角发生碰撞, 引起振动值升高至12.2μm;润滑油未按压缩机厂家规定按时更换或不合适, 在高温下润滑油品质不能满足机组运行要求, 结转子焦速度增加, 附着在轴颈及瓦块表面的焦层降低轴瓦间隙破坏了油膜刚度, 油膜稳定性能下降, 出现油膜振荡使振动剧烈, 由于叶轮和扩压器间隙小在剧烈振动下出现叶轮和扩压器碰磨, 所以出现振幅达到27.7μm和28.7μm高值。

4 解体检查

2013年2月19日对三级转子解体检查结果是, 轴瓦和转子轴颈结焦严重、径向瓦偏磨、叶片角出现碰伤痕迹、叶轮端面与扩压器有磨痕故障。

5 措施及建议

5.1 增大叶轮的扩压器间隙

三级转子要求最小前间隙为0.63mm, 但是根据以往检修经验, 这个间隙值不是很保险, 在满足生产需求的条件下适当增大转子最小前间隙, 可以避免波动造成的叶轮与扩压器碰磨出现联锁停车故障。

本次检修在转子定位方面做了以下改动:径向瓦座与壳体之间增加垫片, 垫片厚度计算公式:H=A-15+0.63+0.94, 其中A为副止推瓦接触叶轮与扩压器接触时, 止推瓦座与壳体的距离;15为止推瓦座厚度;0.63m m为转子最小前间隙;0.94m m为止推瓦总间隙。此次安装测量出A=1 9.7 m m, 计算出的垫片厚度应为6.27mm, 使用磨床加工的6.5mm垫片, 误差在0.01mm以内。调整后实际转子工作最小前间隙为0.86m m, 工作前间隙范围为0.86~1.8mm, 减小了叶轮与扩压器碰磨的可能性, 保证了转轴与轴瓦的同心度, 避免偏磨、增加了轴瓦轴向支撑刚度, 减小由原先顶丝定位引起的弹性变形。

5.2 增强润滑油性能

⑴清理油箱及管路;

⑵使用厂家提供的润滑油;

⑶定期检查更换油过滤芯;

⑷定期检查冷却器避免温度增高对润滑油的影响;

5.3 其他措施

⑴更换三级转子;

⑵更换磨损瓦块;

⑶调整轴瓦间隙;

⑷修复扩压器及叶轮;

6 结论

检修前后三级振动幅值比较 (图8) , 检修前为12μm左右, 检修后为5μm左右, 运行良好。一、二级转子及其他参数都在正常范围。

由于及时准确的诊断, 未造成停机及部件严重损坏, 同时根据诊断结果准确找出故障原因实现预知检修, 避免不必要的检修, 缩短检修周期。

参考文献

[1]S8000旋转机械状态监测与故障诊断讲义

[2]杨国安.机械设备故障诊断实用技术[M].北京:中国石化出版社, 2007

[3]廖伯瑜.机械故障诊断基础[M].北京:冶金出版社, 1995

空压机振动故障诊断 篇3

1 故障诊断

根据离心式空压机的喘振机理并针对此型号的机组喘振控制方面, 我们由简单到复杂逐步分析查找原因。

1.1 判断真伪

判断真伪是真的喘振导致停机还是防喘保护误动作。

根据在线监测历史趋势可以看出, 一、二、三级轴振动突然增大超过了停机值, 我们检测了振动传感器和相应线路都正常, 值班人员称当时确实听见了喘的声音。由此判断机组确实发生了喘振, 且防喘保护正常动作发出停机指令。

1.2 一般喘振的原因分析

按两种可能的情况进行分析, 一是机组无法克服系统的背压, 压缩空气不能通畅的排出;另一种情况是吸入口不畅使机组吸入量不足, 无法建立相应的压力而导致喘振。

针对可能的第一种情况, 我们检查了出口逆止阀, 出口旁通阀全部正常;检查了后冷却器的气路, 发现堵塞较严重, 查当时的记录最高压损达到了1bar, 排气不畅可能是导致喘振的原因, 我们更换了备用的冷却器芯。

对可能的第二种情况, 我们检查了空气过滤器、吸入管道及入口导叶调节阀, 全部正常。

开机试验, 机组运行正常, 后冷却器压损0.2bar, 观察运行。至8月5日, 4#机突然自动卸载, 机组记录表明是防喘动作而卸载。

1.3 从控制方面分析

我们从阿特拉斯ZH系列离心空压机的喘振控制方面进行分析。该机组的喘振控制主要参照两个参数Pdt19和Pdt20, 分别是二级喷嘴压差和二级级间压差, 这两个参数构成了喘振控制的两个坐标轴 (如图2) 。

喘振控制的计算式为

Gain———喘振线斜率。

Bias———喘振控制线在Y轴上的偏移量。

S———是机组运行工况点距离喘振控制线的距离。

Gain值与Bias值是机组调试时通过实验做好的固定值, 运行时主要参考Pdt19和Pdt20, 当S值接近0时, 机组防喘保护就开始动作, 用减少进气量和放风的方式调整机组工况, 使机组运行在安全区域内。我们观察二级喷嘴压差和二级级间压差的历史曲线, 发现在机组卸载之前, 二级喷嘴压差由132突然降为0, 此处异常。 (如图3) 因为之前已经对机组的吸入管路和排出管路两方面进行了检查, 所以主要怀疑控制系统出现问题, 可能模块或控制电脑发出的错误信号。我们采取了替换法进行确认, 现场4台机组规格完全相同, 我们把4#空压机的二级喷嘴压差和二级级间压差的传感器、模块以及机组控制电脑板全部与3#机对换, 并对取压管进行疏通。对换后开机正常, 观察运行。

8月8日, 4#空压机又一次自动卸载, 查询记录依然是喘振保护动作。这次在线监测系统采集到了一个重要的信息, 由历史曲线可以看出, 二级喷嘴压差在喘振保护动作前有一个明显波动 (如图4) 。

我们分析二级喷嘴压差的意义, 是由弯管流量计演化而来的反应流量的参数, 一定有原因使吸入流量发生了变化。再看此时入口导叶开度的曲线并没有变化, 即入口导叶阀没有得到调整的信号, 一般认为它是不会动的, 但是我们分析此种机组的特点, 虽然控制电脑能显示入口导叶阀开度和出口旁通阀关度, 但这两个显示的值是输出信号而并非反馈信号, 那么我们还不能排除入口导叶阀发生动作, 需要进一步验证。我们把入口导叶阀和出口旁通阀的电动执行机构进行了相应调整后对掉, 如果执行机构会发生动作, 则会打开出口旁通阀, 使机组放风。开机观察运行。

8月23日, 4#空压机再次自动卸载, 这次我们查询历史曲线, 验证了上面的推断, 三级叶轮出口压力3.9bar, 机组出口压力6.4bar, 此时二级喷嘴压差无变化, 入口导叶全开, 旁通阀本该在全关位置 (如图5) , 从三级叶轮出口压力和机组出口压力判断此时旁通阀是打开放风的, 控制电脑未向入口导叶及出口旁通阀发送调整信号。导致机组自动卸载的原因终于找到了。

2 问题处理

我们更换了4#空压机出口旁通阀的电动执行机构, 之后开机运行至今没有问题。由于阿特拉斯公司的该种执行机构内部程序保密, 需返厂维修。

3 结语

空压机振动故障诊断 篇4

1 往复式空压机故障检测形式

对于往复式空压机监测和诊断,从理论上讲用振动诊断法是有效的,但实际上还须辅以其它的检测方法和手段,如温度监测、润滑油的光谱、铁谱及性能参数的测定等[2]。往复式空压机采用曲柄连杆机构传动,在机器运行过程中产生强烈的变相冲击和变载冲击,以及活塞对缸套的撞击;各个气阀的阀门,周期性地产生落座冲击;再加上滚动轴承、管道、基础、电动机等各个部位产生的附加振动,这些来自不同部位的振动,相互混叠交织,彼此干扰,使综合振动变得相当复杂。无论是判断标准的建立和应用,还是设备状态识别,故障的定位分析等等,都存在特殊性和复杂性。这些特性表现在以下几个方面:

(1)振动频率范围宽广,给对激励源的识别带来一些困难;

(2)机体内运动零件数量多而形状复杂,在工作状态下难以接近;

(3)各个不同部件激励力的传递途径及其对表面振动的贡献还不十分清楚;

(4)当运动部件出现不同故障时,对振动性号的分析识别有相当的难度;

(5)在测试某一部位时,难以排除来自其他方面的众多干扰;

(6)对振动敏感点的选择及判据的确定,在理论上和经验上都不太成熟。特别是当前对往复式机械的判别还缺少权威性的判断标准[3]。

针对以上特点,在故障诊断中,由于磨损或疲劳点蚀引起的异常振动会使摩擦副在运行中产生相应的异常磨粒,通过油液分析尤其是铁谱分析可以直接捕捉到故障磨粒。

2 油液监测技术故障诊断实例

2009年10月13日,在对某船2号中压空压机进行日常的润滑油状态监测时,通过原子发射光谱分析,发现油样中小于10μm的磨粒中,铁、铝元素含量偏高,其他元素含量基本正常(数据详见表1,表2为该空压机润滑油上一次光谱分析的数据);通过荧光能谱分析,发现油样中铁元素含量偏高(数据详见表3),其它元素基本正常(由于实验室条件限制,尚未具备使该仪器分析液体中铝元素含量的条件);经分析铁谱分析,发现铝质磨粒含量偏高,有较多片状磨粒和少量滑动磨粒。综合以上油液分析结果可以看出,2号中压空压机铝元素含量较高,磨损加剧,建议换油和进一步检查气缸内部情况,并继续跟踪监测。图1为铁谱图片,其中谱位为谱片的入口端,照明为透射光、反射光,放大倍数为100倍,磨粒特征为入口端全貌且有较多铝磨粒。

谱片中磨粒多数小于10μm,个别磨粒尺寸大于10μm,呈碎片状条状,表面粗糙有划痕。此类磨粒的形成可以判断该空压机存在粘着磨损。

2009年10月14日,对该空压机使用视频内窥镜通过2#中压空压机曲柄箱对活塞和气缸套进行检查。通过检查,发现该机活塞有几道较深的“拉痕”(见图2),气缸套上也存在两道“拉痕”(图3)。这种情况是由于内部相对运动的部件表面温度升高形成的粘连牵拉造成的。该照片验证了空压机存在粘着磨损这一状况。

造成粘着磨损的主要原因是机器中润滑油形成的油膜被击穿,使机器内部相对运动的部件表面温度升高,直至出现粘着而产生的破坏。油膜被击穿主要有两种原因:一是由于空压机的负载过大或速度过高,使润滑油量相对不足;二是由于机器中的润滑油的粘度达不到要求。

所检测的空压机一直按照规定运转,无过载情况,润滑油添加及时,因此不存在润滑油不足的情况。但检测的油液样本颜色相对较浅,且有气泡存在,已有乳化现象,可断定其中存在水分,结合该空压机的工作环境,发现该空压机有水分,致使润滑油粘度下降,无法有效形成油膜,以至出现粘着磨损,造成空压机故障。

根据以上诊断结果,应该更换该空压机的活塞和气缸套,并且在以后的工作中,严防出现机器进水的状况,以维持其正常运转,保障正常工作。

3 结论

通过对空压机润滑油中携带的磨粒(或污染颗粒、腐蚀产物)进行检测与识别,可较好的获得机器的润滑和磨粒状态的信息,定性和定量地描述空压机的磨损状态,并能准确定位故障部位。为往复式空压机的状态监测、保养、维修提供可靠的技术参考依据,发挥质量监控的效力。

摘要：往复式空压机是各类生产企业中通用的动力设备,应用于冶金、矿山、船舶、机械制造等行业部门,尤其是在船舶上的应用更加广泛,往复式空压机的故障诊断通常使用振动法,但由于其机械结构复杂、运动部件多、工作时振动激励源较多,有时利用振动信号确定故障部位较难。介绍了利用油液分析技术空压机故障,并通过实例具体分析了空压机的故障。

关键词：往复式空压机,油液分析,故障诊断

参考文献

[1]韩捷,张瑞林.旋转机械故障机理及诊断技术[M].北京:机械工业出版社,1997.

[2]魏宁,黄秀前,草跃云.舰艇机电设备状态监测与故障诊断技术[Z].海军工程大学,2005.

[3]陈长征,胡立新,周勃,等.设备振动分析与故障诊断技术.北京:科学出版社,2007.

[4]毛美娟,朱子新,王峰.机械装备油液监控技术与应用[M].北京:国防工业出版社,2006.