对往复式压缩机进行在线监测及故障分析实例

邢赵中　莫素云　慕雪梅

【摘 要】往复式压缩机是工业过程中使用最广泛的机械之一。正常情况下，机械设备所产生的振动信号的幅值通常是在一定范围内，随着现代信号处理的发展，利用监测振动信号对压缩机进行不解体故障诊断是行之有效的方法之一。通过状态监测能够为提高工业现场设备管理的信息化程度，加强设备维护能力提供了有力的保障；为实现动设备预测维修、有效遏制动设备恶性事故的发生提供了必要的技术手段和保障。

【关键词】往复式压缩机；压缩机；在线监测；振动；故障

往复式压缩机是工业过程中使用最广泛的机械之一。压缩机工作时必然会产生振动，其内部零部件的性能状态信息通过一定的传递途径反映到壳体表面的振动信号中。通过多年探索，人们发现不同种类的故障具有不同的特征，并且这些特征是唯一的。只要测量条件不变，其特征频率就不会变。将时域与频域相结合之后，还可以得到某种频率出现的时间，进而确定故障出现的时间种类。因此利用监测振动信号对压缩机进行不解体故障诊断是行之有效的方法之一。

某装置在用往复式压缩机，是3缸6段。由于压缩机的机构特性，因此在压缩机的下降杆上、框架及主电机轴承座上分别安装了传感器及电涡流传感器，用以测定运行过程中振动情况。

表1 压缩机测点位号及机组报警值

我们持续观察了当年1月1日到次年1月31日期间的振动趋势图，发现一年运行期间，压缩机框架振动测点值在报警值8mm/s之下较平稳的状态。但是在2月3日时突然出现一次大的波动，2VI-12A77超过报警值，而相应的过程振动值也出现大的波动，接下来运行又逐步恢复平稳状态，只是监测到2VI-12A77的振动幅值程不断上升趋势。8月10日至8月27日期间，2VI-12A77幅值有部分已达到报警值8mm/s；9月30日至10月31日期间，2VI-12A77幅值一半超过报警值8mm/s；12月9日到12月21日期间，2VI-12A77幅值大部分超过13mm/s，第二年1月1日至1月31日，2VI-12A77幅值全部超过13mm/s，甚至超过16mm/s。

通过对机组振动波动前与异常振动时、振动后的频谱进行对比、分析，发现在测点2VI-12A77中除了Gap电压维持在-8.24、-8.25V左右外，其通频值、各倍频值均有大幅度的变化，而且是一个稳步增大的过程，同时，其高次谐波分量（1X、2X）等也较其它几个测点值明显增大，相位变动也比较大。查看其波形频谱图，发现振动时，2VI-12A77波形就已经发生畸变。但其他各测点的图谱未发现异常；唯2VI-12A77振动值突然有大幅度的增大，该点的振动趋势图和波形频谱图振动幅值突然增大很多，各测点的波形严重变形，并且呈锯齿状。轴心轨迹与以前比较也畸变成不规则形状。期间，生产工艺参数稳定，生产上没有进行大的调整，相关运行参数都比较稳定，排除了由于机组的负荷变化原因引起的压缩机振动的增大。在监测过程中，间隙电压一直比较稳定，准确无误，从而排除了检测仪表误显示的可能。

因此认为产生这些波动主要是由于活塞杆发生弯曲，造成活塞与缸体之间发生碰磨，首次碰摩发生时，振动值急剧增大，而且随着弯曲程度的增加，活塞与缸体之间一直处于一种稳定摩擦状态，所以振动通频值从4.15mm/s增加到17.2mm/s；1X、2X的幅值和相位一直处于波动状态，其值也是在波动中趋于增大，而整个监测过程中，机组没有发出明显异常声音，各个工艺参数没有明显变化，尤其是油压和油温都没有明显波动。通过分析发现，在压缩机正常运行过程中，始终有一个2X倍频成分存在，且该值远远大于其它分频值，这就说明在卧式转子系统中，发生碰摩时在径向方向比较明显。这也是故障征兆的一个主要信号，但是径向方向的这个2X倍频值与基频值相比，还是很小的。

从总体的运行趋势来看，压缩机在一年的监测时间内，在径向方向的波动幅值整体呈上升趋势，而且没有出现突发的大幅波动，说明这个阶段的碰摩行为以接触式的摩擦为主，并且随着摩擦程度的增加，振动幅值稳定增大。所以该台压缩机相当于一直带病运行，为安全生产埋下了隐患。

经认真查找引起故障的原因，发现可能存在如下问题：

（1）安装完毕后，由于是新机运行，存在一定的磨合期，所以安装后随即找正并不代表机体各部件完全处于最优状态。

（2）安装的活塞环、导向环部件没有完全达到要求，致使导向环等对活塞的支撑作用没有完全发挥，也就是在轴向产生了一定程度的弯曲，产生碰摩。

于是，在第二年2月对该台压缩机进行了解体检修。解体后，发现在4段缸体中发生了严重的拉缸现象，即活塞与缸体之间发生了沿轴向的动静碰磨现象。因此根据实际情况，对四段活塞部件进行针对性维修。开车后压缩机启动及运行均正常。

往复式压缩机组在线状态监测与诊断系统的成功应用，证明大型机械设备应用状态监测技术判断设备运行故障是完全可行并且可靠的，这样不但节约了频繁开停车带来的经济损失，也避免了频繁打开设备进行一些不必要的检查时对设备本身带来的伤害，大大确保了设备在尽可能的情况下连续运转时限，节约了不必要的检修成本。最主要的是通过状态监测能够实现动设备预测维修、有效遏制动设备恶性事故的发生。

[责任编辑：王楠]