螺杆压缩机故障分析诊断

螺杆压缩机故障分析诊断

李健

大庆石化公司设备维修中心，大庆，163000

摘 要:现代工业生产中，螺杆压缩机的应用非常广泛，但是在运行中由于维护不当和振动监测不及时而造成的事故在生产中占有较大的比例。通过状态监测技术，能够对石化企业螺杆压缩机故障进行分析和诊断，以达到设备故障的有效预防及设备状态的监测分析。

关键词：螺杆压缩机；状态监测；分析诊断

中图分类号：TH17; TH45        文献标识码：A

Vibration Analysis and Diagnosis of Screw Compressor

  Li Jian

(Equipment Maintence Center of Daqing Petrochemical Company, Daqing, 163000)

Abstract: In modern industrial production, screw compressors are widely used, but accidents caused by improper maintenance and untimely vibration monitoring account for a large proportion in production. Through the condition monitoring technology, the fault of screw compressor in petrochemical enterprises can be analyzed and diagnosed, so as to achieve the effective prevention of equipment fault and the monitoring and analysis of equipment condition.

Key words: screw compressor; condition monitoring; analysis and diagnosis

设备故障诊断是应用现代测试分析手段和诊断理论方法，对运行中的机械设备出现故障的机理、原因、部位和故障程度进行识别和诊断，并根据诊断结论，确定设备的维修方案和防范措施。设备故障诊断具有多样性、层次性、多因素和相关性、延时性、不确定性等特点，具体工作包含：信号采集；诊断故障；指导维修。通常使用在线监测系统和离线振动数据采集仪器采集振动信号，根据振动趋势图、频谱图、波形图、轴心轨迹图等进行分析，判断设备故障原因。

1机组概况

SC-801C螺杆压缩机是某石化企业输转联合装置裂解气回收压缩机，电机转速1480rpm，变速箱输出转速2600rpm，功率为600kw，其中大齿轮的齿数为61个，小齿轮的齿数为36个，阴阳转子牙数分别为6个和4个（6/4）。该设备自2020年9月开机以来，变速箱入前（主动齿轮）水平方向振动达到5.8mm/s（高频加速度110m/s2），螺杆压缩机副后（阴转子）轴向振动达到4.5mm/s（高频加速度60m/s2）。[1]

图1 SC-801C机组简图

Fig.1 machine set of SC-801C

2 分析诊断

使用瑞典SPM（冲击脉冲）和法国01DB（故障因子）对振动信号进行采集分析，从图2中可见变速箱频谱以齿轮箱啮合频率1518.75HZ为主及其二次，三次谐波，边频以变速箱输出基频43HZ（小齿轮转频）为间隔。低频段未见明显齿轮箱固有频率及轴承故障特征频率。

图2变速箱入前水平方向频谱图

Fig.2 Spectrum diagram of horizontal direction before transmission

从图3中可见压缩机频谱成分较多，经过计算分别为齿轮箱啮合频率1518.75HZ及输入轴基频43HZ的高次谐波频率，另外还有压缩机啮合频率172HZ（阳转子4牙）的高次谐波。边频众多以基频43HZ为间隔且幅值较低。谱底噪声升起、边频成分众多、压缩机啮合频率的高次谐波都表明轴系异常（轴承及阴阳转子组件）。

图3压缩机副后（阴转子）轴向方向频谱图

Fig.3 Spectrum diagram of compressor auxiliary rear (female rotor) axial direction

从采集的压缩机主前（阳转子）轴向时域波形图4和压缩机副后（阴转子）轴向时域波形图5可见时域谱呈明显的冲击状态。

图4压缩机主前（阳转子）轴向时域波形图

Fig.4 Axial time domain waveform of main front (male rotor) of compressor

图5 压缩机副后（阴转子）轴向时域波形图

Fig.5 Axial time domain waveform of compressor auxiliary rear (female rotor)

综合频谱分析认为压缩机轴系存在轻微碰磨，尤其是压缩机啮合频率的边频（压缩机基频）的显示（止推轴承故障早期）。边频带反映了故障源信息，边频带的间隔反映了故障源的频率，幅值的变化表示故障程度。齿轮箱振动表象幅值较高，可能存在啮合状态差异（型线改变/不对中），但谐波分量边频不明显，不足以判断齿轮或轴承存在故障。建议保证润滑、关注运行，择机检查压缩机阴阳转子组件磨损情况。

2021年7月19日该设备停机检维修，阴阳转子吊出后，发现阴阳转子高压侧径向止推联合轴承(如图6所示)及止推轴承磨损（如图7所示），低压侧径向轴承偏磨，四套轴封均有不同程度损坏，阴阳转子轴径和轴封配合处均有磨损痕迹需修复，如图8、9所示；检查齿轮箱，未见明显滚动轴承及齿轮缺陷。

图6 阴阳转子径向止推联合轴承磨损

Fig.6  Wear of radial thrust combined bearing of male and female rotor

图7 阴阳转子径向轴承磨损

Fig.7  Wear of radial bearing of male and female rotor

图8 主推力瓦有轻微磨损痕迹

Fig.8  The main thrust pad has slight wear marks

图9 阴阳转子轴封梳齿变形倒伏、碳环磨损

Fig.9  The comb teeth of shaft seal of male and female rotor are deformed and lodging, and the carbon ring is worn

3结束语

螺杆压缩机作为石化行业裂解气回收的重要设备，对装置甚至企业的安全平稳运行和节能减排具有重要影响。通过采集振动信号，利用振动信号对螺杆压缩机进行分析诊断，能够较为准确的判断故障原因及部位，根据设备的运行情况择机检修，可以减少不必要的非计划停车，降低事故发生概率。

参考文献

[1] 沈庆根.设备故障诊断[M]. 化学工业出版社, 2007.

SHEN Qing-gen. Equipment fault diagnosis[M]. Chemical Industry Press, 2007.

第一作者：李  健男，工学学士，工程师，1986年1月

通信作者：李  健男，工学学士，工程师，1986年1月