离心式压缩机的状态监测与故障诊断技术

张毅涵

（湖北工业大学 湖北武汉 430068）

离心式压缩机的状态监测与故障诊断技术

张毅涵

（湖北工业大学 湖北武汉 430068）

为了确保离心式压缩机的安全运转，有必要对其进行状态监测和故障诊断。本文介绍了状态监测与故障诊断技术的定义与目的及其系统数据处理流程和相应的模块功能，同时对状态监测和故障诊断技术在离心式压缩机中的应用进行了分析。

状态监测；故障诊断；离心式压缩机

引言

离心式压缩机是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。①结构紧凑、重量轻，排气量范围大；②易损件少，运转可靠、寿命长；③排气不受润滑油污染，供气品质高；④大排量时效率高、且有利于节能。为了确保离心式压缩机的安全运行，就有必要对其进行状态监测和故障诊断。

1 状态监测与故障诊断

离心式压缩机的状态监测是指通过测定压缩机的某一特征参数，通过比对测量值与预设值，来判断压缩机状态。故障诊断技术主要是指通过测量和记录某一特征参数的数据，了解压缩机的工作状态，并根据压缩机的运行历史状态，预报、分析和判断压缩机中潜在的或已发生的故障，鉴别故障的性质、类型、原因及部位等，预测故障发展的趋势及相应的后果，提出维修故障的相关措施，通过调整、维修等排除故障，确保设备能够正常运转。

离心式压缩机状态监测与故障诊断的作用为：当压缩机发生异常或故障时，迅速精准的判断故障发生部位，缩短故障排除的时间，降低压缩机维修的费用，降低因压缩机故障而造成的经济损失。合理的运用离心式压缩机状态监测与故障诊断技术，制定科学、合理的压缩机保养计划、维修计划，能够在很大程度上延长压缩机的使用寿命，从而大大的提高企业的生产效率，创造更多更高的经济效益。

2 离心式压缩机状态监测和故障诊断系统的数据流程

离心式压缩机状态监测与故障诊断系统主要包括数据采集、数据管理、监测预警、信号分析及故障诊断模块（图1）。其中，数据采集模块的功能主要是接收由机组上的传感器获取和传来的机组测点的状态数据（振动、转速、温度及压力等）数据管理模块的功能是把数据采集模块获得的实时数据进行分类并存入稳态数据库与启停机数据库，同时进行预警判断，记录预警事件和黑匣子数据。监测预警模块的功能是在某一位置实时的显示测点的状态数据，并根据预警限发出预警信号。信号分析模块的功能是绘制波形图、频谱图及发展趋势图等图形。故障诊断模块的功能是通过对相关图形进行分析，提取故障前兆，根据专业知识对故障进行推理和诊断，给出故障诊断包好，并提出相应的故障排除措施。

图1 系统数据模块与流程图

3 离心式压缩机状态监测实例分析与常见故障

3.1 状态监测实例

以某企业循环氢压缩机（LG.W-12/150）为例。在该设备的转子上布置相传感器，以测量该设备的轴瓦温度、轴振动、轴位移等参数。

2014年8月13日，系统突然停电，机组设备自带主润滑油泵和辅润滑油泵均停止运转，同时进行自保联锁停机。待重新启动机组设备时，机组出现振动故障，在进行低速暖机时，振动值相对较低，最大振动值为7.8μm。但是，当机组转速上升至5230r/min时，振动值急速升高，致使机组自保联锁停机。待机组停止运转后，根据传感信号对转子及时的检查维修发现，转子、定子隔板均出现了非常严重的碰磨，同时在隔板内发现了一处磨损非常严重的钢板，其面积约为25cm×35cm，从而导致叶轮入口、隔板均受到严重的磨损。

3.2 常见故障

在日常工作过程中，离心式压缩机常常发生的故障主要包括转子不平衡、转子不对中、油膜涡动、转子弯曲、旋转失速与喘振、转子动静部件碰磨等。其中，转子不平衡是离心式压缩机的常见故障，可以分为原始性不平衡、渐发性不平衡及突发性不平衡等类型。转子不平衡的频谱特征（图2）主要表现为：振动波形接近于正弦曲线；谐波能量主要集中于基频，而高频部分会出现较小的谐波；转子转速一定时，波形相位比较稳定；转子的轴心轨迹为椭圆形。

图2 转子不平衡的振动波形频谱图

转子不对中主要是指在安装过程中，驱动机和被驱动机之间没有对准轴心线或者温度变化致使轴心线偏离，从而导致两轴倾斜或者偏移。在油膜涡动过程中，轴瓦无法得到足够的供油，引起轴瓦损坏，产生振动，从而对机组的长期运行产生不利影响。转子弯曲产生的原因主要包括压缩机的使用保养不正确、热态停机后没有盘车转子、机组停运后经受不均匀外力和转子有残余应力释放等。旋转失速与喘振（表1）是离心式压缩机所特有的一种振动故障，主要是因气体压缩形成的流动分离而产生，这取决于两方面的因素：①机组运行工况偏离设计点，流量小于最小值，在叶轮或扩压器内出现气流的严重旋转脱离；②管网压力高于机组所能供给的排气压力，导致气体倒流，并产生气流脉动现象。转子动静部件碰磨故障则主要是由于轴端密封和级间密封间隙、径向轴承间隙做过小，导致转子在运行过程中与静止部件相互摩擦。

表1 旋转失速与喘振的振动特征

4 离心式压缩机的日常维护

机组停机、检修，不但会影响设备的正常运转，而且修复转子还会花费大量的时间、人力、财力和物力。即使在机组能够及时修复和正常运转，转子的精度也仍然无法达到其出厂时的要求，导致机组的工作效率降低，同时也会提高机组运转过程的蒸汽消耗。笔者根据实际的工作经验，就离心式压缩机的日常维护提出若干意见：①定期监控机组的振动幅度及位移范围，保证机组的安全使用和正常运转；③严格检测机组所使用的油质，严格分析机组的压力、温度、及转速等参数，及时发现故障并进行维修和排除，保证机组能够正常运转；③监视机组振动轴的实时位移，认真观察、记录相关数据；④实时检查机组各部位的保温状况，如果发生损坏，必须及时进行修复，从而保证机组的干净、清洁。

5 结语

为了保证离心式压缩机的安全运转，及时发现故障、和排除故障，就需要对离心式压缩机的运转状态进行实时监测，实时掌握离心式压缩机的运转状况。根据实时监测的数据报告分析，判断离心式压缩机的是否发生故障。如果发生故障，即可及时排除故障。这对于提高企业的生产效率和经济效益具有非常重要的促进作用。

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TH452

A

1004-7344（2016）08-0246-02

2016-2-28

张毅涵（1969-），男，工程师，本科，主要从事化工设备管理工作。