王曉雪，馮志超，王巖

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧朝陽(yáng)122000）

DH80空壓機(jī)振動(dòng)檢測(cè)與故障診斷

王曉雪，馮志超，王巖

（鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司，遼寧朝陽(yáng)122000）

通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)空壓機(jī)機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)檢測(cè)，并由其設(shè)備劣化趨勢(shì)圖和振動(dòng)頻譜特征進(jìn)行相應(yīng)的故障診斷，分析空壓機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并提出處理措施，探索和實(shí)踐預(yù)知維修，保證空壓機(jī)的安全運(yùn)行。

離心式壓縮機(jī)；振動(dòng)；故障分析

DH80型空壓機(jī)是鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司10 000 m3/h制氧機(jī)組的核心設(shè)備，為空分裝置輸送原料空氣，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響制氧機(jī)組的正常生產(chǎn)。

透平壓縮機(jī)的振動(dòng)是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行管理的綜合反映，也就是說(shuō)，影響透平壓縮機(jī)正常運(yùn)行的內(nèi)部和外界因素很多，且DH80型壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含高速軸、低速軸、主軸以及齒輪嚙合等結(jié)構(gòu)，其中的任一部件出現(xiàn)異常均可導(dǎo)致空壓機(jī)振動(dòng)，且難以區(qū)分，從而影響了故障診斷的準(zhǔn)確性。

本文針對(duì)DH80型空壓機(jī)的2次典型振動(dòng)故障，利用檢測(cè)與分析儀器，分析引起空壓機(jī)軸振動(dòng)值異常的原因，及時(shí)做出故障診斷并提出處理措施，經(jīng)過(guò)有針對(duì)性的故障處理和設(shè)備維修，恢復(fù)了設(shè)備的正常運(yùn)行。

1　空壓機(jī)性能

DH80型空壓機(jī)是沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的雙軸離心壓縮機(jī)，采用整體齒輪型結(jié)構(gòu)，四級(jí)壓縮，三級(jí)冷卻，通過(guò)齒式聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)增速器大齒輪，大齒輪驅(qū)動(dòng)兩側(cè)平行配置的呈H形布置的2個(gè)從動(dòng)小齒輪軸，低速軸轉(zhuǎn)速為7 783.78 r/min，高速軸轉(zhuǎn)速為9 600.00 r/min，每個(gè)轉(zhuǎn)子上的2套徑向軸承為可傾瓦軸承，采用油泵供油強(qiáng)制潤(rùn)滑?？蓛A瓦軸承有5個(gè)瓦塊，周向均布，內(nèi)澆鑄巴氏合金。每級(jí)軸瓦瓦體端面通過(guò)固定卡箍裝有2個(gè)渦電流式振動(dòng)傳感器，在轉(zhuǎn)子軸正上方互成90°分布，監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)。振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)經(jīng)延長(zhǎng)電纜接入前置放大器后輸出非標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，再經(jīng)儀控柜上框架式監(jiān)視器處理，輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)并在DCS控制系統(tǒng)上顯示，參與報(bào)警、連鎖。空壓機(jī)結(jié)構(gòu)和測(cè)點(diǎn)分布如圖1所示。

2　故障分析和故障處理

2.1葉輪故障分析

2.1.1葉輪不平衡

2010年10月空壓機(jī)投入運(yùn)行后運(yùn)行狀態(tài)良好，三級(jí)X測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值為19.5 μm，四級(jí)X測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值為26.9 μm（Y測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值均略小于X測(cè)點(diǎn)）。但于2011年6月末空壓機(jī)四級(jí)軸振動(dòng)緩慢上升，到2012年1月24日，空壓機(jī)四級(jí)X測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值增大到35.8 μm，超過(guò)振動(dòng)報(bào)警幅值（35.5 μm），振動(dòng)聯(lián)鎖跳車(chē)值為43.3 μm。三級(jí)和四級(jí)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)劣化趨勢(shì)見(jiàn)圖2所示。

根據(jù)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的曲線分析，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)劣化趨勢(shì)明顯。參照工藝參數(shù)檢測(cè)情況發(fā)現(xiàn)，空壓機(jī)負(fù)荷沒(méi)有進(jìn)行任何調(diào)整，因此，排除了因負(fù)荷波動(dòng)引起振動(dòng)的因素。為進(jìn)一步確定振動(dòng)產(chǎn)生的原因，鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司分別于2012年2月3日和2月16日，采用MVP-2C型測(cè)振儀對(duì)壓縮機(jī)四級(jí)軸承的振動(dòng)進(jìn)行離線檢測(cè)，四級(jí)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖如圖3所示。

頻譜圖上明顯反應(yīng)出頻率160 Hz處振動(dòng)速度值最大，達(dá)到0.7 mm/s。由于受到條件限制，測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)軸瓦壓蓋和齒輪箱箱體已經(jīng)大大衰減，因此振動(dòng)值不是很大。三、四級(jí)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速為9 600 r/min，恰好與振動(dòng)最大值的頻率160 Hz相吻合。根據(jù)振動(dòng)特征基本確認(rèn)為是轉(zhuǎn)子漸變不平衡，產(chǎn)生一倍頻能力激發(fā)，從而在轉(zhuǎn)子徑向平面內(nèi)的任一方向上都引起了與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動(dòng)，在機(jī)器外部表現(xiàn)為振動(dòng)增大。另一方面，頻譜圖中8倍頻處振動(dòng)速度達(dá)0.55 mm/s，三、四級(jí)葉輪的葉片數(shù)為8片，基本確認(rèn)為三、四級(jí)轉(zhuǎn)子、葉輪葉片積灰，使質(zhì)量分配不均，破壞了轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。2012年3月3日，DH80空壓機(jī)停機(jī)進(jìn)行年修，解體檢查發(fā)現(xiàn)，入口管道內(nèi)壁、入口導(dǎo)葉葉片、一級(jí)蝸殼、一級(jí)葉片擴(kuò)壓器、一級(jí)冷卻器空氣側(cè)翅片、一級(jí)和二級(jí)葉輪均發(fā)現(xiàn)均勻分布的油灰垢層厚達(dá)6 mm。但因?yàn)橛杏?，灰塵的黏度增加，形成均勻堅(jiān)固的垢層而沒(méi)有脫落。三級(jí)、四級(jí)蝸殼、擴(kuò)壓器和葉輪發(fā)現(xiàn)灰垢層厚達(dá)3 mm，但因垢層疏松、粗糙、不均勻，容易脫落，致使轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破壞，造成機(jī)組三、四級(jí)軸振動(dòng)增大。

引起轉(zhuǎn)子積灰的主要原因有機(jī)組入口空氣過(guò)濾器過(guò)濾效果差，空壓機(jī)級(jí)間管道和冷卻器內(nèi)壁積灰、銹蝕和結(jié)垢等［1］。對(duì)出現(xiàn)油灰垢層情況進(jìn)行分析，經(jīng)排查認(rèn)為是空氣過(guò)濾器濾筒過(guò)濾效率不高，或存在空氣未經(jīng)過(guò)濾直接進(jìn)入空壓機(jī)所致。檢查空氣過(guò)濾器阻力為680 Pa，未達(dá)到更換標(biāo)準(zhǔn)，繼而對(duì)濾筒的質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，確認(rèn)濾筒與凈氣室進(jìn)風(fēng)口聯(lián)接處的密封膠圈內(nèi)徑尺寸小，恰好頂在濾筒定位架的固定螺栓處而形成間隙，致使空氣直接進(jìn)入空壓機(jī)，同時(shí)該空壓機(jī)的排油煙管道出口距離空氣過(guò)濾器進(jìn)風(fēng)口較近，使一部分油煙也因此被吸入壓縮機(jī)內(nèi)，灰塵混合少量的油煙附著在一、二級(jí)工作輪葉片處。而空氣中的少量油煙途經(jīng)一、二級(jí)葉輪、葉片擴(kuò)壓器、級(jí)間管道及一、二級(jí)冷卻器氣側(cè)翅片后所剩無(wú)幾，使三、四級(jí)葉輪葉片積灰松散而脫落破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，這是引起振動(dòng)的主要原因，檢查結(jié)果與診斷結(jié)論一致。

2.1.2故障處理

更換了符合標(biāo)準(zhǔn)的空氣過(guò)濾器濾筒；把排油煙管道升高，遠(yuǎn)離過(guò)濾器進(jìn)風(fēng)口；入口管道內(nèi)壁、入口導(dǎo)葉葉片、一級(jí)蝸殼、一級(jí)葉片擴(kuò)壓器、冷卻器、一級(jí)和二級(jí)葉輪、三級(jí)和四級(jí)蝸殼、擴(kuò)壓器和葉輪清灰除垢并脫脂；三、四級(jí)轉(zhuǎn)子葉輪清灰除垢后送沈鼓做葉輪噴砂和轉(zhuǎn)子校正動(dòng)平衡。2012年3月16日檢修結(jié)束后啟動(dòng)空壓機(jī)，四級(jí)軸振動(dòng)幅值恢復(fù)至25.1 μm，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)良好，三級(jí)X振動(dòng)幅值為14.1 μm和四級(jí)X振動(dòng)幅值為23.1 μm。

2.2齒輪故障分析

2.2.1齒輪接觸精度不高

2012年3月16日空壓機(jī)投入運(yùn)行，2013年4月空壓機(jī)開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)7次無(wú)規(guī)律振動(dòng)報(bào)警現(xiàn)象，但每次軸振動(dòng)波動(dòng)10余分鐘后即恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，且波動(dòng)前后均無(wú)生產(chǎn)工藝調(diào)整，且油溫油壓、排氣壓力、流量和軸瓦溫度等參數(shù)均無(wú)變化。到2013年7月20日四級(jí)X測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)幅值從27.2 μm突升至33.4 μm后隨油溫變化作小幅度波動(dòng)運(yùn)行。8月10日，振動(dòng)幅值上升至37 μm，超報(bào)警幅值35.5 μm運(yùn)行。

為了更好地掌握空壓機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，2013年8月12日經(jīng)GE公司技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得頻譜分析，3500讀數(shù)、system1讀數(shù)與DCS顯示基本一致，確認(rèn)3500系統(tǒng)輸出至DCS數(shù)據(jù)真實(shí)可信，不存在明顯干擾信號(hào)。可見(jiàn)由干擾信號(hào)引起振動(dòng)顯示的因素可以排除，確定了振動(dòng)是由設(shè)備本身的原因造成的。8月14日，請(qǐng)鞍鋼股份設(shè)備保障部測(cè)試專家進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)導(dǎo)致空壓機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)的原因進(jìn)行了深入分析。

2.2.2軸心軌跡分析

四級(jí)軸心軌跡圖見(jiàn)圖4。三級(jí)軸心軌跡呈很扁的橢圓，四級(jí)軸心軌跡除了呈現(xiàn)很扁的橢圓外還帶有8字形，可以判斷為軸承間隙有問(wèn)題或軸承剛度存在方向上的較大差異。四級(jí)軸心軌跡所帶的8字形表現(xiàn)出了不同心的故障特征，但是該機(jī)型的三軸并未與其他軸相連接，不存在同心度的故障，進(jìn)一步證明了三軸齒輪與大齒輪齒接觸精度存在問(wèn)題。

2.2.3頻譜分析

4級(jí)嚙合頻率及三軸轉(zhuǎn)頻邊帶見(jiàn)圖5。

從頻譜圖中“四級(jí)嚙合頻率及三軸轉(zhuǎn)頻邊帶”可以看出，三軸嚙合頻率4 800 Hz帶有三軸轉(zhuǎn)頻160 Hz邊帶，說(shuō)明三軸齒數(shù)與大齒輪齒接觸精度存在問(wèn)題，因此，在運(yùn)轉(zhuǎn)中三軸不穩(wěn)定。三軸轉(zhuǎn)頻及其諧波頻率見(jiàn)圖6。

從頻譜圖中“三軸轉(zhuǎn)頻及諧波頻率”中可以看出，有三軸轉(zhuǎn)頻160 Hz的高次諧波出現(xiàn)，且峰值較高，進(jìn)一步證明三軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中不穩(wěn)定。

綜合各方面的因素得出：增速機(jī)三軸位置不正，軸在軸瓦中運(yùn)行狀態(tài)不穩(wěn)，是引起振動(dòng)的主要原因。

2.2.4故障處理

2013年10月25日該機(jī)停機(jī)檢修。設(shè)備解體后，鞍鋼集團(tuán)朝陽(yáng)鋼鐵有限公司針對(duì)三軸在軸瓦中運(yùn)行不穩(wěn)，四級(jí)軸振動(dòng)大的故障，分別用著色法、壓鉛法、抬軸法檢查和測(cè)量三、四級(jí)軸瓦的巴氏合金表面有無(wú)研磨、裂紋、氣泡等缺陷；瓦體與下機(jī)座凹窩、與軸瓦壓蓋等的接觸情況；軸瓦與壓蓋的過(guò)盈；軸瓦頂間隙等項(xiàng)目，以確定軸瓦的安裝精度和工作質(zhì)量等方面是否存在問(wèn)題。檢查和測(cè)量情況見(jiàn)表1。

表1　檢查和測(cè)量情況

從表1可以看出，軸瓦的安裝精度和工作質(zhì)量均在正常范圍，排除因軸瓦的原因造成四級(jí)軸振動(dòng)過(guò)大。用著色法檢測(cè)三、四級(jí)齒輪軸的輪齒大齒輪齒靜態(tài)接觸精度是否符合標(biāo)準(zhǔn)。在主動(dòng)齒輪即大齒輪輪齒的工作面均勻涂上薄薄的章丹粉，再按照工作轉(zhuǎn)向盤(pán)動(dòng)大齒輪，查看三、四級(jí)齒輪相對(duì)應(yīng)的輪齒工作面上的著色痕跡。結(jié)果顯示，靠近四級(jí)軸瓦側(cè)著色偏重，沿齒寬接觸大約為65％，達(dá)到齒輪接觸精度的最低標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)為輪齒靜態(tài)接觸＞65％）。

根據(jù)齒輪接觸精度檢測(cè)結(jié)果，決定調(diào)整接觸精度，目標(biāo)值是沿齒寬接觸達(dá)到90％左右，提高齒輪軸運(yùn)行的平穩(wěn)性，降低軸振動(dòng)。通過(guò)大齒輪與三、四級(jí)齒輪的嚙合情況可看出，只要降低四級(jí)瓦的高度，就可以使齒輪接觸向三級(jí)側(cè)延續(xù)，從而提高齒輪接觸精度?？紤]操作的難易程度，采用研磨四級(jí)瓦下瓦體比研磨箱體凹窩更為方便，且能在保證齒輪接觸精度的同時(shí)，還能保證下瓦體與箱體凹窩的接觸精度。經(jīng)過(guò)檢修人員數(shù)次精心研磨和輪齒接觸精度檢測(cè)，使接觸精度達(dá)到90％左右。同時(shí)通過(guò)研磨上、下瓦體的中分面，將四級(jí)瓦的頂間隙縮小到0.20 mm。

在完成了該機(jī)其他檢修項(xiàng)目后，2013年11月9日試車(chē)，四級(jí)X軸振動(dòng)幅值由37 μm下降到27 μm。其他各部技術(shù)參數(shù)也在正常范圍內(nèi)，運(yùn)行至今沒(méi)有出現(xiàn)異常。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和頻譜分析技術(shù)，對(duì)DH 80離心空壓機(jī)2次典型振動(dòng)故障進(jìn)行診斷，確定故障原因，制定維修方案，適時(shí)安排維修，排除故障，恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行的事例表明，應(yīng)用先進(jìn)的測(cè)試儀器，對(duì)大型的離心壓縮機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和頻譜分析，對(duì)于準(zhǔn)確判斷故障部位和原因，有針對(duì)性地開(kāi)展維修，及時(shí)排除故障，探索和實(shí)踐預(yù)知維修，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，起到了重要的作用。

［1］王瑾輝．DH90空壓機(jī)振動(dòng)的原因分析及對(duì)策［J］．武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（2）：183-185.

（編輯賀英群）

修回時(shí)間：2015-02-10

Vibration Detection and Fault Diagnosis for DH80 Air Compressor

Wang Xiaoxue，F(xiàn)eng Zhichao，Wang Yan
（Chaoyang Iron＆amp;Steel Co.，Ltd.of Ansteel Group Corporation，Chaoyang 122000，Liaoning，China）

The running state of the DH80 air compressor unit was on-line monitored by the online monitoring system，and thus the relevant fault diagnosis was done based on the degradation trend chart of the equipment and its vibration spectrum characteristics.And furthermore the causes leading to the vibration during operation of the air compressor were also analyzed so that the preventive and explorative treatment measures for the maintenance equipment in the future operation practice were proposed to guarantee the safe operation of the air compressor.

centrifugal compressor；vibration；faults analysis

TH45

A

1006-4613（2015）06-0057-03

王曉雪，工程師，2008年7月畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)。E-mail:sbbzcyx@163.com