螺杆空压机故障诊断与检修吴文强

螺杆空压机故障诊断与检修吴文强

吴文强

同煤大唐塔山第二发电有限责任公司山西省大同市037003

摘要：该文对螺杆式空压机进行了振动分析，从而判定设备异常，找到故障根源，进一步通过分析信号差异的原因找出故障点，详细描写了现场故障的分析与处理。

关键词：螺杆压缩机；振动故障诊断

一、螺杆式空压机的性能介绍

英格索兰螺杆式空压机主要由电机、齿轮、轴承座、螺杆等部分组成。螺杆空压机是容积式气体压缩机，由相互齿合的转子（即螺杆）、机壳以及适当配置在两端的进排气口组成压缩气体的工作腔，通过减小工作容积来提高气体压力。转子在旋转过程中，阴阳转子赤连接不断地向对方齿槽中填塞、工作腔的容积不断减小，工作腔的齿槽也不断向排气端推进，当压缩容积与排气口相通时，气体以达到预定的压力而排出。气体的吸入过程跟压缩过程一样也是连续不断的，因为机器的转速很高，吸排气可以看成是无动脉的，因此，在一般情况下螺杆空压机可以省去一个体积很大的储气罐。

二、螺杆空压机故障现象的初步诊断

在对空压机的例行检查中，发现四个测点垂直方向振动值较高，而空压机外部各部位的连接螺栓都比较紧固，没有松动现象；混凝土基础（钢结构整体座架）无显著松动，电机轴承温度、压缩机轴承温度都在正常范围。因此，初步怀疑造成风机振动较大的原因在压缩机机壳内部。

三、螺杆空压机的结构与工作原理

螺杆式压缩机主要由进气系统、压缩系统、排气系统、干燥系统、润滑冷却系统等子系统组成。螺杆空压机主要有四个工作过程：

吸气过程：螺杆式空压机进气侧设计有吸气口，依靠进气阀调节进气量，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至吸气口时，空间最大，此时转子的齿沟空间与进气侧的自由空气相通，当转子继续转动，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内，当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离进气口，在齿沟间的空气即被封闭。

封闭传送过程：主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即被封闭；然后两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动，即将封闭气体从吸气端向排气端输送。

压缩过程：在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动时，啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体不断被压缩；同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。

排气过程：当螺杆空压机转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体逐渐被排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口齿沟空间为零，即完成排气进程。在此同时，转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又重新开始，如此循环。螺杆压缩机就在不断地重复以上四个过程，源源不断地为下游供应压缩气体。

四、基于温压监控的故障诊断可行性分析

螺杆空压机是利用电机带动螺杆转动进而压缩空气做功的能量转换装备，其工作过程就是在能量耗散的基础上，不断地将电能转化为压缩空气内能的过程。在该过程中，电能转化为机组的机械能，视为系统的输入能量；压缩空气增加的内能，视为系统的有效输出能量；机组在压缩空气做功的同时，为维持机组可持续运行而耗散的能量视为系统输出能量；根据能量守恒原则，则有=+。在该前提下，螺杆空压机在稳定运行过程中，压力、温度、振动等各项关键参数等必然保持合理范围内；因此，我们可以通过监控螺杆压缩机组运行时的温度、压力等参数变化，来评估机组状态，并开展针对性维修维护，确保机组可持续运行。

五、故障诊断方法

5.1时域分析方法

时域分析的最主要特点是产生信号的时间顺序，即信号数据产生的先后顺序。通常工程信号的形式都是时间波形。时间波形的特点主要是易于理解、直观等，由于产生的信号是最原始的，因此包含大量的信息。但缺点是所包含的信息与发生故障之间的内在联系不太容易看出。对于某些故障产生的信号，可能其波形具有比较明显的特征，这时我们可以通过时间波形做出如不平衡故障、转轴不对中等一些问题初步判断。

5.2频域分析方法

通常针对机械发生故障的具体诊断，很难通过时域分析所提供的信息量对故障原因做出诊断结论。一般时域分析只能直观地初步诊断出设备是否有异常或者故障的严重程度等，但故障发生的部位或产生的原因等信息是不能判断的，因此平常只能用作设备故障的初级诊断。而对于从事设备日常管理和维护的工作人员来说，诊断出设备是否发生故障或异常，只是判断设备是否正常运行的开始，更关键的任务是在于寻找并确定哪些零部件发生了故障以及产生故障的具体原因，从而找出原因并有针对性地进行维修。进行信号的频域分析就是解决这类问题的一种常用方法，即通过傅里叶变换把以时间为横坐标的时域信号转换分解为以频率为横坐标的频域信号，即可得出关于原时域信号频率成分的相位信息和幅值。

六、螺杆压缩机故障排除措施

6.1对机组吸风系统进行改造完善

原有滤风设备为单芯式滤风筒，过滤精度在5μm，在长期运行下滤芯易出现堵塞，造成反吹率提高，并且长期重复反吹利用，滤风质量受到影响，在一定程度上造成粉尘进入机组润滑油系统，加速油质变质。因此，我们将原有滤风系统进行改造，将原有单芯滤风系统改造为同型号的6芯过滤系统，增大了过滤面积，提高了滤风质量，运行近15个月的滤芯未曾反吹过。此改造保证了滤风设备长期高效稳定运行，减少设备反吹时候的检修停机时间，同时减少机组润滑油的杂质摄入量，改善油品的运行环境，延长了使用寿命。

6.2对设备原有润滑油进行化验分析

采用国内某品牌的润滑油，该润滑油油水分离性、抗氧化性均比较优良，在运行1年多的时间里，油品的粘度、酸值、抗氧化性和油水分离性经过化验均合格，而且没有结焦现象的出现。此项改造在确保机组运行平稳的同时又延长了设备的使用寿命。

6.3机组原有油、气冷却系统，在运行中存在严重冷却效率不足，从而加速了润滑油的变质和结焦问题的出现。

经过对设备实际运行工况研究分析，采取的措施是将原气、油冷却设备进行改造，将各油、气冷却设备冷却面积增大一倍，并根据冬、夏气候温度的变化对冷却水的压力和流量进行控制，来实现对油温、排气温度的有效调节，在夏季高温环境下控制机组高压排气温度在82～88℃间，使润滑油运行工况得到良好的改善。实践证明，经过此种改造措施，轴承及润滑油的运行环境得到明显改善，与前期相比螺杆机使用寿命延长近7000h，机组运行更加安全、稳定、高效。

6.4机组的拆卸检修必须经过原厂家技术人员进行现场修复或返回原厂，在维修周期、费用和人力上均造成较大的被动性，针对此情况，通过几次厂家的修复过程，我们总结一套成熟的修复经验和相关安装数据，修复后的运行数据满足机组运行工况要求，目前我们已完全可以自主修复此机组。

设备原有的控制气、油管路均采用耐高温、高压的塑料软管，但是长期高温环境下的使用寿命较短，经常造成管路的爆裂，油气跑冒，设备报警停机。实践中我们采用铜管进行全部替换，改造后彻底解决管路爆裂问题，改善现场环境的同时也巩固设备的安全运行。

七、结语

通过密集的振动跟踪测试分析，发现振动趋势未出现较大上升，幅值上下波动范围不大。由于该设备还要运行两个月就要停产，根据实际情况决定进行监护运行。之后解体检查发现螺杆已经出现了较严重的磨损。因诊断准确，设备运行两个月并未出现事故，在保障设备安全运行的同时，还节省了外委修理的费用。

参考文献：

[1]易良渠.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社.2015.

[2]盛兆顺，尹琦岭.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，2016.