空压机齿轮箱异响故障诊断与分析

空压机齿轮箱异响故障诊断与分析

姜振兴

国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司

摘要：技术进步促进企业技术创新，提高产品性能，提高气压机利用率。近年来，空压机被广泛应用,将空压机动力转化为机械能转化为气体压力。随着市场的扩大，空压机的比重也在增加，扩张迅速扩大。但是，在使用时遇到一些故障，为了空压机的平稳运行，对EIZ100空压机齿轮箱异常噪声进行了分析和故障排除，展示了振动频谱在齿损伤评估中的应用。齿轮箱故障、轴振动和旋转轴温度正常，频谱分析在故障诊断中效果良好。

关键词：空压机；齿轮箱；异响；频谱

空压机设计紧凑高效工作，但在空压机运行时间较长时出现故障，故障概率随着运行时间的增加而增加，频繁的空压机的维护。齿轮箱故障、轴振动等空压机运行中常见的故障，如果不能有效解决，可能导致启动失效、轴承损坏等，并影响整个空气系统的运行。当前，空压机实时监控主要采用在线监控系统，该系统基于在线监控频谱监测空压机故障，及时检测和调整异常。

一、空压机的发展现状

社会不断进步，空压机不断发展。空压机属于通用设备类别，用于基础设施等领域。空压机主要用于工业产品，可以作为维持能源消耗的主要能源之一。不仅对于工业，而且对于工业产品的主要动力主要来自空压机及其他领域，这表明空压机在工业产品生产中的重要性。是压缩气体体积、增加气体压力、输送气体的机械装置，广泛应用于减少气体体积、增加压力，机械驱动力是应用的动力。空压机是一种根据其原理、用途和性能对机器进行分类的方法，经常使用压缩机。

空压机是一种多功能的机制，由于分类和型号选择多种多样，其规模越来越大，我国全国空压机不断发展。但是，在石化领域，国内需求的离心压缩装置还不能令人满意，但鉴于我国石化业规模不断扩大，新技术面临着更加严峻的形势。在环境影响下，压缩机必须逐步改善噪声问题，噪声水平是基本的制造要求，国内空压机压力技能不足。因此，空压机应不断开发小流量产品，以满足应用标准。在空调领域，空气压发展缓慢，制造成本低，因此具有一定的优势。我国空气压领域的经济和生产技术不断发展，空气压生产部门应进一步提高生产水平，缩小国内外水平差距，推动空气压制造的进步和发展。

二、空压机的工作概况

压空压机自吸式工作，空气经过过滤，进入各级叶轮，在叶轮的影响下空气自身振动不断增加。发动机转换成叶轮机械能量和气体分子的压力的过程。但是，由于气体分子继续沿着扩压室、蜗壳、弯道等的流道流动，气体分子的速度减慢，随后的高速气体分子继续向前推进气体分子。同时，气体分子的运动下降，逐渐转化为分子间的势能，分子间的压力增大。

三、故障分析

某气体厂空压机EIZ100是空分设备的关键设备。该设备的设计如下：电机、齿轮箱和压缩机，流量为86 000 m3/h、功率为17000kw，转速为1 500 r/min1500r，齿轮箱速比为3.718，低高速轴齿数分别为145、39。压缩机为水平段结构，带有内置冷却器和四级压缩。压缩机运行半年后，调试参数正常，现场检查发现压缩机齿轮箱噪声明显增加，齿轮箱噪声异常。

1.齿轮箱异响变化的原因和分析。其可能原因：联轴器偏移、润滑油脏、不足润滑、不良齿轮啮合、齿轮箱设计错误、齿轮箱过载等。这些原因可能导致齿轮箱异响。分析了EIZ100轴振动轴最重要的运行参数和轴承温度，高低速轴振振幅波动小，振动值符合规范要求，轴承温度在允许的设计参数范围内，对设备润滑油进行理化分析，检查润滑油系统，控制润滑油指标。然后比较了压缩机的工作负荷，工作状态稳定，无过载原则上消除了联轴器对中、油污、润滑不足、齿轮箱过载等故障原因。分析了齿轮箱异响的可能原因，分析了不佳齿轮啮合和设计齿轮结构的缺陷。

2.齿轮磨损或损坏。刮痕的主要原因是齿面金属的直接接触温度过高，导致齿表面的金属撕扯的痕迹。通常润滑不良或负载过大。表面疲劳损伤。齿轮表面载荷大于材料疲劳，导致材料疲劳，其特点是脱落金属凹孔形成。初期性孔蚀是一种表面疲劳现象，通常发生在运转开始时，并持续在齿面局部局部高压范围的逐渐减小，将有足够的接触面积来承受载荷，孔蚀损坏不会继续增加。这种孔蚀通常不需要担心，因为它得到了改善，不会扩大，也不会恶化。破坏性的孔蚀。常发生在齿轮节圆并增大凹孔尺寸时，损坏继续扩大，扩展到整个齿面，损坏整个齿廓，并从最后一个齿面上的碎片脱落。疲劳断裂是连续弯曲应力下最常见的断裂形式，疲劳基本上超过了材料的疲劳极限。这可能是由于轴对中不良、设计、制造、过载和位移，为了进一步验证异常噪声的位置和分类，采用频谱分析方法进行误差分析和估计。

3.频谱分析。齿轮的故障信号是复杂的随机振动，通常是周期性啮合、调幅、调频和附加脉冲的表示。空压机振动数据就地采集进行频谱分析。比较前后的三个记录，如图1所示。

图1G1H时域波形图对比

如图1所示，G1H时域波形频谱齿轮前后两次发生了冲击变化，冲击值显著增加。通过间隔为40.04毫秒，相应频率为24975 Hz；转速约等于低速驱动轴的转速，表明低速驱动轴有故障。如果两两个图谱上冲击值都显著增加，振幅也将显著增加。齿轮严重磨损或损坏的早期评估和分析，尤其是齿轮箱低速轴，分析频谱结果：频谱分析时冲击幅度大，冲击频率等于断齿轴的转频；随着振动能量（包括效值和峭度）的增加，冲击频率等于断裂驱动轴的旋转频率，具有多边频带数量、大振幅和宽分布。根据上述分析和评估，低速轴上的变速器齿轮存在严重故障，可能会断齿，需要停车。

四、验证分析

在停机空压机、拆卸和检查齿轮箱后，发现齿轮箱有高速（大）齿轴，并且大面积剥落。检查时，牙齿面剥落，9颗齿严重磨损；10-11轮齿啮面有裂纹，齿轮箱中的异常噪音是由齿轮点的腐蚀损坏和齿轮箱在运行过程中表面的金属剥落引起的。检查齿轮箱的各项参数：检查支撑、止推轴承是否完好，轴承合金是否有裂纹、划痕和剥落，未损坏齿检查啮合是否正常，轴瓦间隙及过盈量是否符合技术要求。齿轮箱、压缩机、电机联轴器同心度正常；变速器供油系统正常，油检指标合格

虽然压缩机广泛应用于各行各业，但其制造水平仍存在差距。压缩机的生产成本相对较低，仍有很大的发展空间。标准化部署将最大限度地降低风险，并及时纠正错误。通过对齿轮箱异常噪声误差的诊断和分析，可以确定齿轮表面损坏时，转子轴和轴承的温度波动误差较小。冲击频率、频域上在啮合频率、边频带谐波频谱分析，包括效值和峭度指标，对牙齿轮断齿故障的评估具有重要意义。

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