大型离心压缩机故障诊断研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇大型离心压缩机故障诊断研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：在我国石油化工、航空、航天、电子等生产部门中，大型离心式压缩机作为主要的动力及能源设备在实际生产中广泛应用。由于其故障机故障部位常常不能被及时地识别和诊断，极有可能引起较大的设备事故，甚至导致整个生产过程瘫痪，严重影响生产效率，巨大的经济损失。本文探索了大型离心压缩机转子故障的检测技术，通过对其工作过程的分析，确定故障检测。

关键词：大型离心压缩机；转子；故障诊断

中图分类号：A715文献标识码： A

一、离心压缩机典型故障振动特征分析

离心压缩机在工作过程中往往会出现各种故障，其故障的振动信号包含着丰富且重要的反映其运行状态的信息，而要对这些故障信息进行分析必须了解压缩机故障的振动特性。作为旋转机械的离心压缩机常见的故障有转子不平衡、轴系不对中、基座松动、碰摩及叶片故障等。以下仅针对压缩机转子不平衡、转子不对中、基座松动等典型故障的振动特性进行简要分析。

1.1转子不平衡

转子不平衡包括转子系统的质量偏心和转子部件出现缺损。转子质量偏心是由转子的制造误差、装配误差、材质的非均匀性等原因造成的，称为初始不平衡；转子部件缺损是指转子在运行中由于腐蚀、磨损、介质结垢及转子受疲劳力的作用，使转子的零部件局部损坏、脱落，碎块飞出等，造成新的转子不平衡。转子质量偏心及转子部件缺损是 2 种不同的故障，但其不平衡振动机理却是相同的。当出现转子不平衡时，其振动特征为：

(1)振动频率不平衡振动的频率成分单一且明朗，主要表现为转子的基频等于转子的旋转频率，即工作频率fr=n/60Hz，n为轴转速(r/min)，除此之外，不平衡振动还会激起其它一些弱小的频率成分，如1/2fr、2fr等谐波；

(2)振动方向特征主要是径向振动较大。

1.2转子不对中

压缩机转轴与电机主轴之间由联轴器联接构成轴系，由于机器安装误差、承载后的变形及机器基础的松动等，会造成轴系平行位移、轴线角度位移或综合位移等轴系对中变化误差，统称为转子不对中。当出现不对中故障时，会产生一系列有害于设备的动态效应，如机器联轴器偏转、轴承早期损坏、油膜失稳和轴挠曲变形等，导致机器发生异常振动和噪声，危害极大。其振动特征为：

(1)频率特征转子不对中的型式不同，频率表现也有些差别。平行不对中主要激起2倍转频，即为2fr，角度不对中则表现为同频振动突出，它们的共同点是都会产生多倍转频振动，如1fr，3fr，4fr，5fr等高次谐波；

(2)振动方向特征与不对中的型式有关，当存在平行不对中时，径向振动较大；

1.3基座松动

基座松动和转子不平衡相伴生，表现为非线性的振动特征。其振动形式以纵向振动为主。其振动特征为：

(1)频率特征振动频率除基频成分fr外，还伴有高次谐波成分3fr、5fr及分数谐波等，并且3倍频成分要大于2倍频成分。当增速时振幅变化有跳跃现象，即突然增大或减小；

(2)振动方向特征因地脚螺栓松动而引起的振动，方向特征很明显，表现在垂直方向的振动很强烈。

二、FFT频谱分析法

目前，频谱分析方法是在计算机上用快速傅立叶变换来实现的，因此又称为FFT分析法。频谱图是频谱分析方法提取诊断信息的一种表达方式。频谱图有：幅值谱、相位谱、功率谱等，以下主要介绍幅值谱分析方法。

设X(f)为振动信号x(t)的傅立叶变换，即

X(f)=∫+∞-∞x(t)e-i2pftdt

一般情况下X(f)为一复变函数，令

X(f)=R(f)+iI(f)=X(f)eiφ(f)

即

X(f)=√R(f)2+I(f)2

φ(f)=arc tg[I(f)/R(f)]

式中|X(f)|称为幅值谱或FFT谱，它表示信号中各频率成分的幅值大小沿频率轴的分布情况；φ(f)称为相位谱，它表示信号中各频率成分的相位沿频率轴的变化状况。目前幅值谱在机械故障诊断领域中的应用相当普遍。幅值谱可以提供以下的诊断信息：

(1)振动信号中主要由哪些频率成分及谐波分量所组成；

(2) 组成的谐波分量中哪些成分的幅值最为突出，这提示着和故障的某种联系。

三、工程应用

在FFT谱分析中，频率分辨率Δf=f/n(f为采样频率，n为采样点数)，其中f必须要满足采样定律,即：f≥2fm(fm为采样信号所包含的最高频率)。

工程应用时，首先在检测位置安装振动传感器,传感器信号经过滤波与放大器调理后送至计算机，在Matlab环境下进行幅值的分析处理及显示。流程图如图1所示。

图 1

某离心式压缩机，结构如图2所示。电机转速1500r/min(转频为25Hz)。该机自更换、减速机后振动增大，A点水平方向振动值为Vrms=6.361mm/s，位移D=150μm，超出正常水平。为了查明故障原因，首先对A点水平方向的振动信号作频谱分析，谱图为图3所示。从频谱图上可以看出，A点水平方向1倍频(25Hz)，2倍频(50Hz)都很突出；此外还有3倍频(75Hz)和5倍频(129Hz)也有表现。呈现出典型不对中频率特征。考虑到A点靠近联轴器，所以判断电动机与减速器轴线不对中。

图3 A点水平方向振动信号的频谱图

在停机检查时，发现联轴器对中性严重超差，在垂直方向两轴心偏移量达0.15μm。通过调整改善联轴器对中性后，A点振动值下降，Vrms=2.12mm/s，D=6μm。其时频谱结构也发生了显著的变化，3倍频已经消失，2倍频分量的幅值变得非常弱小，1倍频分量也大为减弱，见图4。机组运行状态良好。

图4 修理后A点水平方向振动信号的频谱图

四、结束语

离心式压缩机转子是压缩机的关键部件，它告诉旋转，对气体介质做功的主要部件。转子由许多零件组成。转子各零部件的装配有许多的技术要求，主要有一下几方面：

（1）转子在装配前，所有的叶轮都要做超速度试验，主要检查叶轮的变形和表明质量情况；

（2）叶轮和转子上其他所有的零部件都必须牢固地装在轴上，保持叶轮的主轴的过盈量，高速运行过程中不能有松动；

（3）转子装配时必须做动平衡；

（4）转子各零部件装配后，对径向的跳动值要进行详细的检查，要求小于相应的允许值。

参考文献：

[1]胡超,王岩,王立国,黄文虎.机械化数学在转子动力学研究中的应用[J].应用数学和力学.2002(09)

[2]徐华,姜歌东,丛红,谢友柏,王凤才.四瓦可倾瓦径向滑动轴承动力特性的实验研究[J].摩擦学学报.2001(05)

[3]赵三星,戴旭东,徐华,朱均.进油压力对可倾瓦径向滑动轴承静动特性的影响[J].与密封.2001(04)

[4]张才稳,瞿红春,陆颂元.转子系统阻尼固有频率算法中数值溢出问题的研究[J].湖北电力.1998(02)

[5]杨伸记,赵明,杨秉玉,戚先萍,任平珍.转子越过临界转速的振动特性试验研究[J].推进技术.1998(02)