chap4_往復(fù)壓縮機(jī)的故障分析和管道振動(dòng)_YJR

1、Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)1q 往復(fù)壓縮機(jī)的故障類型往復(fù)壓縮機(jī)的故障類型 熱力學(xué)參數(shù)異常 主要零部件故障 振動(dòng)異常q 示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量與故障分析示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量與故障分析q 氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng) Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)2Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)3Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)4Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故

2、障診斷技術(shù)5 壓縮機(jī)故障一般都是在設(shè)計(jì)、制造、安裝和操作中產(chǎn)生的問(wèn)題。曾有人對(duì)某化工廠使用的往復(fù)式壓縮機(jī)故障率進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)屬于設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的故障僅占6%；屬于零件制造質(zhì)量低劣的故障占46%；屬于不遵守操作規(guī)程造成的故障占40%；屬于安裝檢修質(zhì)量不符合要求的故障占8%。 往復(fù)式壓縮機(jī)的故障種類雖多，但從反映故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)參數(shù)（征兆參數(shù)）上可分為兩大類：一類故障征兆表現(xiàn)在機(jī)器的熱力參數(shù)變化上，如機(jī)器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現(xiàn)出來(lái)的熱力參數(shù)變化。另一類故障征兆表現(xiàn)在機(jī)器的動(dòng)力性能參數(shù)變化上，如壓縮機(jī)主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故障所表現(xiàn)出來(lái)的機(jī)器振

3、動(dòng)和不正常聲音，還有各種原因引發(fā)的管道振動(dòng)。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)61.傳遞動(dòng)力部分曲軸、連桿、十字頭、活塞銷、活塞等零部件的故障。2.氣體的進(jìn)出及其密封部分氣缸、進(jìn)氣和排氣閥門、彈簧、閥片、活塞環(huán)、填料函及排氣量調(diào)節(jié)裝置等部分的故障。3.輔助部分包括水、氣、油三路的各種冷卻器、緩沖器、分離器、油泵、安全閥及各種管路系統(tǒng)方面的故障。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)74.1 往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型與故障原因往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型與故障原因4.1.1 壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常及其故障原因 吸、排氣壓力不

4、正常吸、排氣壓力不正常 吸氣壓力低 吸氣壓力高 排氣壓力低 排氣壓力高 壓力不穩(wěn)定 溫度不正常 吸氣溫度高 排氣溫度高 氣缸過(guò)熱 軸承過(guò)熱 活塞桿過(guò)熱 曲軸兩端蓋發(fā)熱 排氣量降低 壓縮機(jī)的各級(jí)吸氣閥漏氣 氣缸內(nèi)泄漏與外泄漏 吸氣受阻 系統(tǒng)外泄漏 冷卻器效率低 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)8氣閥故障氣閥故障 往復(fù)式壓縮機(jī)有60%以上的故障發(fā)生在氣閥上，據(jù)某石化公司煉油廠對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)的故障統(tǒng)計(jì)，氣閥故障引起的停機(jī)次數(shù)占總停機(jī)次數(shù)的85%以上。氣閥一旦發(fā)生故障，馬上影響壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量，降低效率，浪費(fèi)能源。閥件破損后碎塊落入氣缸，引起

5、氣缸拉毛，活塞和活塞環(huán)損壞，帶來(lái)更為嚴(yán)重的問(wèn)題。 疲勞破壞由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產(chǎn)生疲勞破壞。閥片磨損環(huán)狀閥片與導(dǎo)向塊工作面之間產(chǎn)生的摩擦磨損，可減弱閥片強(qiáng)度，降低使用壽命。閥片材料缺陷材料夾渣、夾層、裂紋等缺陷引起閥片應(yīng)力集中。介質(zhì)腐蝕壓縮介質(zhì)本身有腐蝕性或介質(zhì)中含有水份，工作時(shí)沖刷閥片，破壞閥片表面保護(hù)膜，在閥片局部地方出現(xiàn)腐蝕麻點(diǎn)和空洞，引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生腐蝕疲勞破壞。 閥閥 片片 損損 壞壞4.1.2 壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)9 彈簧變形時(shí)與彈簧孔壁發(fā)生摩擦磨損，強(qiáng)度下降而斷裂

6、 彈簧從閥片全閉到全啟，其載荷由預(yù)壓縮力變化到最大壓縮力，承受脈動(dòng)循環(huán)載荷，引起疲勞破壞 介質(zhì)對(duì)彈簧表面腐蝕，產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑，引起應(yīng)力集中，加速?gòu)椈善谄茐?材質(zhì)不符合要求，彈簧的加工、熱處理有缺陷 氣氣 閥閥 彈彈 簧簧 損損 壞壞 4.1.2 壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)104.1.2 壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障 閥座密封面不平，表面粗糙度達(dá)不到要求 密封面被碰傷 閥片變形、破裂 閥隙通道有異物卡住 氣體溫度高，潤(rùn)滑油易變成碳渣卡住封面。石油氣壓縮機(jī)，溫度和壓力越高，聚合物積碳越嚴(yán)重，碳渣粘著在閥片和閥座上，使氣閥

7、漏氣 彈簧力過(guò)小 彈簧端面與軸線不垂直 閥座、閥片嚴(yán)重磨損 氣氣 閥閥 漏漏 氣氣Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)11活塞桿斷裂活塞桿斷裂 往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞桿斷裂事故也較常見，據(jù)報(bào)導(dǎo)約占重大事故的25%左右，活塞桿斷裂，不僅損壞活塞和氣缸，而且還由于其它零部件的連鎖性破壞，使易燃、易爆或有毒氣體向外泄漏，帶來(lái)人員傷亡、生產(chǎn)裝置毀壞等一系列嚴(yán)重事故。活塞桿發(fā)生斷裂的地方多數(shù)是在活塞連接處與十字頭連接處，其原因一般是：（1）活塞桿的螺紋由于螺紋牙型圓角半徑小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，容易在循環(huán)載荷下產(chǎn)生裂紋和斷裂。因此對(duì)大型壓縮機(jī)須用滾壓加工，用以消除應(yīng)力集中

8、。（2）退刀槽、卸荷槽、螺紋表面的粗糙度達(dá)不到要求，容易產(chǎn)生表面裂紋。（3）活塞桿的材質(zhì)和熱處理有問(wèn)題，例如存在粗晶、魏氏體組織、偏析以及強(qiáng)度和塑性不符合要求。（4）連接螺紋松動(dòng)或連接螺紋的預(yù)緊力不足。（5）某一級(jí)因其他故障原因而嚴(yán)重超載。（6）活塞桿跳動(dòng)量過(guò)大。（7）工藝氣體腐蝕。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)12連桿螺栓斷裂連桿螺栓斷裂 連桿螺栓在工作時(shí)承受很大的交變載荷和幾倍于活塞力的預(yù)緊力，因此對(duì)它不僅要求具有足夠的靜強(qiáng)度，更重要的是要有較高的耐疲勞能力。對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀、應(yīng)力集中情況和裝配精度等方面都有嚴(yán)格要求。連桿螺栓斷裂的原因有：（1

9、）連桿螺栓擰得太緊或太松。擰得太緊，螺栓承受過(guò)大拉力而折斷；寧得太松，工作時(shí)螺母松動(dòng)，連桿大頭瓦在連桿體內(nèi)晃動(dòng)，螺栓承受過(guò)大的沖擊力而折斷。（2）開口銷折斷引起連桿螺栓松動(dòng)、斷裂。（3）連桿螺栓疲勞斷裂。（4）連桿螺栓的材質(zhì)、鍛壓、熱處理、加工、探傷和裝配有問(wèn)題。（5）連桿大頭瓦過(guò)熱，活塞卡住或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿螺栓因承受過(guò)大應(yīng)力而折斷。（6）運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)故障，對(duì)連桿螺栓產(chǎn)生較大沖擊載荷。（7）長(zhǎng)期使用達(dá)50008000小時(shí)，未對(duì)連桿螺栓進(jìn)行磁粉探傷和殘余變形測(cè)量。如果螺栓有萬(wàn)分之一以上殘余變形者均應(yīng)報(bào)廢。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)13曲軸斷裂

10、曲軸斷裂曲軸承受較大的交變載荷和摩擦磨損，對(duì)疲勞強(qiáng)度和耐磨性要求較高。曲軸多數(shù)發(fā)生拐臂處斷裂，曲軸斷裂的原因有：（1）壓縮機(jī)地基與電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，使聯(lián)軸器嚴(yán)重不對(duì)中，曲軸承受巨大的附加載荷。（2）壓縮機(jī)超載或在緊急停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的劇烈沖擊。（3）安裝不正確或工作中氣缸軸線發(fā)生變化，與曲軸軸線不垂直，使曲軸承受附加彎矩。（4）軸瓦在曲軸上裝配不良，支承面貼合不均，間隙過(guò)小，軸承發(fā)熱，軸頸拉溝、咬住或彎曲變形。（5）軸頸與曲拐過(guò)渡圓角是最嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)，該處最容易發(fā)生疲勞斷裂。圓角半徑一般取r=(0.050.09)d(d為曲拐銷直徑)，其表面粗糙度不大于0.4。（6）設(shè)計(jì)不合理、材質(zhì)不良、

11、熱處理不合要求，探傷不及時(shí)等Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)14活塞卡住、咬住或撞裂活塞卡住、咬住或撞裂（1）潤(rùn)滑油質(zhì)量低劣，注油器供油中斷，發(fā)生干摩擦，因摩擦發(fā)熱，阻力增大被卡住、咬住。（2）氣缸冷卻水供應(yīng)不足，或氣缸過(guò)熱狀態(tài)下突然通冷卻水強(qiáng)烈冷卻，使氣缸急劇收縮（抱缸），把活塞咬住。（3）氣缸帶液（例如，制冷壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器中的液體造成“沖缸”；壓縮機(jī)吸入氣體太潮濕，氣體被壓縮后有水份析出，發(fā)生氣缸“水擊”），可撞裂活塞，甚至擊破氣缸。（4）氣缸與活塞間隙太小。（5）氣缸內(nèi)掉入活塞螺母、氣閥碎片等堅(jiān)硬物，活塞撞擊時(shí)碎裂。（6）活塞材質(zhì)不良、鑄件

12、質(zhì)量低劣，強(qiáng)度達(dá)不到要求。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)154.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析 往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)之外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來(lái)嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機(jī)和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)窳压艿馈?壓縮機(jī)機(jī)體振幅的大小與機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。我國(guó)現(xiàn)行往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7777-87）是通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)機(jī)體

13、外表面不同高度和不同方向上（X、Y、Z三個(gè)方向）進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，取其最大的振動(dòng)速度有效值作為壓縮機(jī)振動(dòng)烈度的評(píng)定值。壓縮機(jī)按不同結(jié)構(gòu)型式分為四類，各類壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度不允許超過(guò)中規(guī)定的極限值。對(duì)于天然氣工業(yè)用的壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)則以美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API618為基礎(chǔ)。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)164.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析 往復(fù)式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力分析2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力曲柄連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力 1.活塞的位移、速度和加速度活塞的位移、速度和加速度 )2cos1 (4)cos1( rx)2sin2(sinr

14、dtdxx )2cos(cos2rdtxdx 2rmFrr)2cos(cos2rmxmFssI cos21rmFsI2cos22rmFsI一階往復(fù)慣性力一階往復(fù)慣性力: 二階往復(fù)慣性力二階往復(fù)慣性力: Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)174.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析 往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)之外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來(lái)嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機(jī)和基礎(chǔ)

15、、管道各連接部分松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)窳压艿馈?上述這些振動(dòng)問(wèn)題往往是設(shè)計(jì)、制造中產(chǎn)生的。另外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于安裝和操作不當(dāng)也會(huì)帶來(lái)一些故障振動(dòng)問(wèn)題。經(jīng)?？赡馨l(fā)生振動(dòng)的部位和原因：1. 振動(dòng)故障振動(dòng)故障Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)184.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1. 振動(dòng)故障振動(dòng)故障 氣缸與底座調(diào)整不良，連接螺栓松動(dòng) 氣缸與活塞環(huán)磨損或間隙太大 氣缸余隙太小，活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中碰撞閥座，發(fā)出沉悶的金屬撞擊聲和振動(dòng) 活塞和閥座上的螺栓螺母因松動(dòng)而落入氣缸，發(fā)生敲擊振動(dòng) 氨制冷壓縮機(jī)和臨界溫度較低的氣體容易發(fā)生氣缸帶液，在氣缸內(nèi)發(fā)生液體沖擊 壓縮機(jī)

16、運(yùn)行中曾中斷供水，閥門、缸壁、活塞溫度迅速上升，在高溫下突然通入冷卻水冷卻氣缸，使缸壁驟然冷卻而抱住活塞，產(chǎn)生很大振動(dòng)，甚至嚴(yán)重?fù)p壞缸體和活塞 氣氣 缸缸 振振 動(dòng)動(dòng)Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)194.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1. 振動(dòng)故障振動(dòng)故障機(jī)機(jī) 體體 振振 動(dòng)動(dòng) 往復(fù)慣性力和力矩沒有平衡好 曲軸中心線與機(jī)身滑道中心線不垂直 對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)機(jī)身的主軸承不同心，機(jī)身水平度不符合要求 地腳螺松松動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件連接不牢，基礎(chǔ)剛性不好，底座不均勻下沉 聯(lián)軸器對(duì)中不良，或機(jī)體基礎(chǔ)與電動(dòng)機(jī)底座不均勻下沉 主軸承間隙過(guò)大或軸瓦磨損 連桿大頭和曲拐銷之

17、間間隙過(guò)大，曲拐銷向反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)大頭瓦產(chǎn)生撞擊 十字上下滑板與十字頭滑道間隙過(guò)大。具有浮動(dòng)銷的十字頭，十字頭銷能在銷孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然磨損均勻，但磨損后沖擊和振動(dòng)較大 活塞桿彎曲或活塞桿連接螺母松動(dòng) 活塞桿負(fù)載過(guò)大，連桿軸承損壞 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)204.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1. 振動(dòng)故障振動(dòng)故障壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)引起基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)薄弱，與機(jī)體或管道某一部分發(fā)生共振由壓縮機(jī)振動(dòng)等原因產(chǎn)生基礎(chǔ)下沉 基礎(chǔ)振動(dòng)基礎(chǔ)振動(dòng)2. 噪聲故障噪聲故障 往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，各運(yùn)動(dòng)部件會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的與轉(zhuǎn)速一致的正常響聲，有經(jīng)驗(yàn)的工人能從不同響聲中判

18、斷出壓縮機(jī)運(yùn)行是否正常。當(dāng)響聲有刺耳的噪聲、撞擊聲和不規(guī)則的節(jié)奏時(shí)，他們可立即判定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，甚至能判斷故障發(fā)生的大致部位。 常用的監(jiān)測(cè)手段是用聽棒測(cè)聽機(jī)器各個(gè)部位，也可用機(jī)械故障聽診器，它是利用加速度傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大，通過(guò)耳機(jī)測(cè)聽，比聽棒有更高的靈敏度和信噪比。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)214.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析振動(dòng)和噪聲故障振動(dòng)和噪聲故障 往復(fù)式壓縮機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，產(chǎn)生故障振動(dòng)和故障聲音是由多種原因產(chǎn)生的，而且各種激勵(lì)力對(duì)機(jī)器外殼上某測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，由于傳輸途徑的干擾也往往難以識(shí)別故障。 往復(fù)

19、式壓縮機(jī)的故障頻譜圖不同于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它除了工頻成分之外，往往伴有許多高倍頻成分，而且它們的幅值也較高。高倍頻成分上的能量集中可能是反映出主軸承磨損、活塞撞擊、閥碰撞等故障。 往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行故障振動(dòng)和聲音的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，相對(duì)其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)難度較大，故障診斷的研究工作開展得還不很普遍。有必要有意義對(duì)活塞式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入研究，研制出有一定特色且切實(shí)可行的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)224.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析往復(fù)壓縮機(jī)需監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量及其測(cè)量分析方法振動(dòng)和噪聲故障振動(dòng)和噪聲故障Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析

20、和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)234.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析 某鋼鐵廠空壓機(jī)站有多臺(tái)2D12-100/8型空氣壓縮機(jī)，曾出現(xiàn)過(guò)多起一、二級(jí)氣缸十字頭連桿斷裂事故和基礎(chǔ)底腳螺栓松動(dòng)引起振動(dòng)的故障。該機(jī)型為2列、對(duì)稱平衡式，結(jié)構(gòu)布置如圖4-6所示。機(jī)器的技術(shù)參數(shù)如下：排氣量102m3/min 一級(jí)排氣壓力：0.2MPa 二級(jí)排氣壓力：0.8MPa軸功率：540kw 轉(zhuǎn)速：500r/min故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)244.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析故

21、障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷1). 多臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行期間，第一次監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該型壓縮機(jī)的3號(hào)機(jī)比4號(hào)機(jī)在測(cè)點(diǎn)上的振動(dòng)值高出很多，從測(cè)點(diǎn)H方向的頻譜圖上可見，3號(hào)機(jī)的工頻成分幅值為2.1mm/s，3倍頻、5倍頻成分的幅值也非常高，而對(duì)比4號(hào)機(jī)同測(cè)點(diǎn)同方向上的工頻成分幅值，僅為0.4mm/s。由此確定3號(hào)機(jī)存在故障，由于測(cè)點(diǎn)位于靠聯(lián)軸節(jié)端的軸承座上，初步診斷為聯(lián)軸節(jié)對(duì)中不良或該端機(jī)座松動(dòng)。經(jīng)過(guò)檢查，發(fā)現(xiàn)曲軸箱靠電動(dòng)機(jī)端的底座地腳螺釘確定松動(dòng)情況嚴(yán)重，引起該處測(cè)點(diǎn)很高的振幅。停機(jī)后緊固地腳螺栓，振幅就大幅度下降。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振

22、動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)254.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷2). 第二次監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)測(cè)點(diǎn)（位于一級(jí)缸體部位）三個(gè)方向上的振幅較上一次測(cè)量值有較大幅度上升，振動(dòng)幅值呈迅速上升趨勢(shì)，在短短的半天時(shí)間內(nèi)，同一測(cè)點(diǎn)上4號(hào)機(jī)比3號(hào)機(jī)的通頻振幅幾乎大了近一倍，工頻成分高出3倍，前者還存在明顯的4倍頻成分，證明4號(hào)機(jī)的一級(jí)缸體部位存在故障。當(dāng)即決定停機(jī)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一級(jí)缸十字頭螺栓松動(dòng)，使活塞、連桿和十字頭在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生較大的撞擊力。經(jīng)過(guò)調(diào)整以后，該測(cè)點(diǎn)的振幅基本恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和

23、管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)264.1.3 壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：（1）氣缸上的測(cè)點(diǎn)（上例中測(cè)點(diǎn)和）在徑向和軸向方向上的振幅對(duì)活塞在缸體內(nèi)的運(yùn)行情況好壞比較敏感。徑向和軸向振幅明顯上升，說(shuō)明活塞、連桿、十字頭存在松動(dòng)，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生直線位置偏移。（2）地腳螺栓松動(dòng)，在機(jī)座垂直方向上的振幅將會(huì)明顯上升。（3）十字頭滑道處徑向振動(dòng)明顯上升，反映十字頭與滑道接觸不良。（4）通過(guò)同類機(jī)組振動(dòng)情況的相互比較，機(jī)組自身不同時(shí)刻的振動(dòng)情況比較，有助于判別機(jī)器是否存在故障和故障發(fā)展的程度。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)274

24、.2 示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.1 壓縮機(jī)示功圖顯示的故障 壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體體積和壓力是在不斷變化的，通常利用示功器觀察和記錄不同的活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)部氣體壓力的變化，所得到的就是P-V示功圖。 利用示功圖形狀變化，可以顯示壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道配置以及操作運(yùn)行中的故障和問(wèn)題。例如：測(cè)量壓縮機(jī)的指示功率，氣閥上的壓力損失和功率損失，氣缸余隙容積的大小，氣閥和管道截面積是否太小，氣閥、活塞環(huán)、密封填料是否泄漏，氣閥彈簧力過(guò)大或過(guò)小，以及閥片顫振、氣流脈動(dòng)等故障情況。故障的判別一般采用正常示功圖與不正常示功圖作對(duì)比的方式進(jìn)行，

25、需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)28壓縮機(jī)示功圖顯示的故障Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)294.2 示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.2 閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線 對(duì)一個(gè)性能良好的氣閥來(lái)說(shuō)，要求它在氣缸內(nèi)壓力超過(guò)排氣壓力或低于吸氣壓力時(shí)能夠迅速打開，亦即氣流在閥上的壓力損失要小；當(dāng)閥片到達(dá)閥擋（升程限制器）時(shí)，沒有太多的反彈，能夠穩(wěn)定地貼在閥擋上；閥片在開啟和關(guān)閉過(guò)程中波動(dòng)要小，關(guān)閉后不應(yīng)有多次開啟現(xiàn)象；當(dāng)活塞到達(dá)上、下死點(diǎn)位置后，閥片能及

26、時(shí)返回閥座。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)304.2 示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.2 閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線在故障診斷方面的作用閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線在故障診斷方面的作用 1）判斷閥片開閉是否及時(shí)，如果閥片滯后開閉或開閉時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能的故障原因是： (a) 彈簧力不合適； (b) 閥座上帶有過(guò)多的油水，對(duì)閥片產(chǎn)生粘著作用。 (c) 閥隙通流面積太小，氣流阻力太大； (d) 氣流存在壓力脈動(dòng)。2）判斷是否存在氣流壓力脈動(dòng) 氣流壓力脈動(dòng)在閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖上不僅表現(xiàn)為閥片開閉不及時(shí)，而且還出

27、現(xiàn)大幅度的波動(dòng)、高頻率的顫振和多次開啟現(xiàn)象。3）判斷氣閥流通截面大小閥片運(yùn)動(dòng)曲線包圍的面積表示氣閥的實(shí)際通流能力，稱為“時(shí)間截面”。閥片運(yùn)動(dòng)曲線的“時(shí)間截面”太小，表示氣閥流通截面太小。氣流阻力大，相應(yīng)在氣閥上的壓力損失也大。Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)314.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1 氣流脈動(dòng)引起的故障分析 往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，吸氣、排氣是間斷性的，活塞運(yùn)動(dòng)速度也是隨時(shí)間而變化的，這種現(xiàn)象會(huì)引起管道內(nèi)氣流的不穩(wěn)定流動(dòng)，產(chǎn)生流體壓力脈動(dòng)。 管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。氣體像任何振動(dòng)物體

28、一樣，具有一定的質(zhì)量，可以壓縮、膨脹，具有一定彈性，所以氣柱本身就像一個(gè)彈簧，壓縮機(jī)裝在管路的始端，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)周期性地向管路吸氣、排氣，對(duì)管路中的氣柱產(chǎn)生激發(fā)力，引起氣柱振動(dòng)。氣柱是一個(gè)連續(xù)的彈性體，在接受了激發(fā)后，就把所形成的振動(dòng)能量以聲速向管道遠(yuǎn)方傳播。簡(jiǎn)單管道的氣柱固有頻率： Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)324.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1 氣流脈動(dòng)引起的故障分析 (i=1,3,5,) laifn4(1).管道一端封閉（如壓縮機(jī)端），另一端為開口（如連接緩沖器、膨脹容器）。只要容器的容積大于管

29、道容積的10倍以上，就可以把容器視為開口端。(2). 兩端封閉的管道（如兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)，中間用管道連接） laifn4(i=2,4,6, ) (3).兩端均為開口的管道（如兩個(gè)大容器之間用管道連接） laifn4(i=2,4,6, )Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)334.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1 氣流脈動(dòng)引起的故障分析 管路中的氣柱是否會(huì)發(fā)生共振，取決于氣流的激發(fā)頻率。壓縮機(jī)氣流的壓力脈動(dòng)波形并不是一種簡(jiǎn)諧波，而是包含了多種頻率成分的復(fù)合波形。我們可以通過(guò)諧波分析方法，把氣流脈動(dòng)波形分解為數(shù)階諧波

30、，其中幅值最大的諧波稱為主諧波。當(dāng)激發(fā)頻率在氣柱固有頻率的共振區(qū)內(nèi)，就會(huì)使管道中的氣柱處于共振狀態(tài)，此時(shí)氣流壓力脈動(dòng)非常嚴(yán)重，引起管道、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)的強(qiáng)烈振動(dòng)。氣柱共振狀態(tài)下的管道長(zhǎng)度稱為共振管長(zhǎng)，共振管長(zhǎng)區(qū)為： xfail4)2 . 18 . 0(60nmfx轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速: n單作用單作用: m=1雙作用雙作用: m2Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)344.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1 氣流脈動(dòng)引起的故障分析實(shí)例實(shí)例 某汽車制造廠一臺(tái)型號(hào)為某汽車制造廠一臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)8-60/70型雙缸雙作用空氣壓縮機(jī)，該機(jī)

31、使用型雙缸雙作用空氣壓縮機(jī)，該機(jī)使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)二級(jí)排氣壓力達(dá)到額定值中發(fā)現(xiàn)當(dāng)二級(jí)排氣壓力達(dá)到額定值0.7MPa時(shí)，一級(jí)排氣壓力超過(guò)額定值約時(shí)，一級(jí)排氣壓力超過(guò)額定值約18.5%。壓縮機(jī)參數(shù)：。壓縮機(jī)參數(shù)：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n=428r/min 吸入溫度吸入溫度 t=20 一級(jí)排氣額定壓力一級(jí)排氣額定壓力 p1=0.20.23MPa二級(jí)排氣額定壓力二級(jí)排氣額定壓力 p2=0.7MPa 一級(jí)進(jìn)氣管實(shí)測(cè)長(zhǎng)度一級(jí)進(jìn)氣管實(shí)測(cè)長(zhǎng)度l=3.468m聲速聲速:雙缸雙作用壓縮機(jī)的激發(fā)頻率雙缸雙作用壓縮機(jī)的激發(fā)頻率 一階共振管長(zhǎng)一階共振管長(zhǎng) smRTa/3432932874 . 1Hzfx5 .28460428mfalx6

32、1. 340. 25 .284343)2 . 18 . 0(4)2 . 18 . 0( 一般對(duì)于避免管道氣柱共振的措施有兩種：其一是取消進(jìn)氣管，這樣一級(jí)排氣壓力可以恢復(fù)到正常的設(shè)計(jì)壓力；其二是把進(jìn)氣管加長(zhǎng)。最后采取了第二種措施，把進(jìn)氣管加長(zhǎng)至 l=6.5m，從而恢復(fù)到正常壓力，管道振動(dòng)現(xiàn)象也隨之減弱。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)354.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.2 管道壓力脈動(dòng)的防治措施 管道壓力脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動(dòng)就是管道壓力脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消

33、減壓力脈動(dòng)就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動(dòng)幅度，通常的防治措施是在管路系統(tǒng)中加消減壓力的不均勻度，減小其脈動(dòng)幅度，通常的防治措施是在管路系統(tǒng)中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學(xué)濾波器、孔板等。當(dāng)然，管道中氣裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學(xué)濾波器、孔板等。當(dāng)然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發(fā)源有關(guān)，在多缸壓縮機(jī)中，缸體的布置方式和流壓力的不均勻度首先與激發(fā)源有關(guān)，在多缸壓縮機(jī)中，缸體的布置方式和各缸曲柄的錯(cuò)角位置將會(huì)直接影響到壓力波的波長(zhǎng)和波動(dòng)的均勻性。各缸曲柄的錯(cuò)角位置將會(huì)直接影響到壓力波的波長(zhǎng)和波動(dòng)的均勻性。 采用合理的吸排氣順序采用合理的吸排氣順序 氣閥開啟時(shí)間長(zhǎng)短與壓比有關(guān)

34、，而開啟的相位差，取決于氣缸的結(jié)構(gòu)與曲氣閥開啟時(shí)間長(zhǎng)短與壓比有關(guān)，而開啟的相位差，取決于氣缸的結(jié)構(gòu)與曲柄錯(cuò)角的配置。對(duì)同一級(jí)壓縮的二個(gè)缸來(lái)說(shuō)，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣柄錯(cuò)角的配置。對(duì)同一級(jí)壓縮的二個(gè)缸來(lái)說(shuō)，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣流連續(xù)性好，壓力脈動(dòng)相對(duì)要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯(cuò)角流連續(xù)性好，壓力脈動(dòng)相對(duì)要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯(cuò)角a=90a=90的配的配置優(yōu)于置優(yōu)于a=0a=0的配置，對(duì)動(dòng)式單作用氣缸的激發(fā)力是相互疊加的，脈動(dòng)最大。的配置，對(duì)動(dòng)式單作用氣缸的激發(fā)力是相互疊加的，脈動(dòng)最大。對(duì)于相連兩個(gè)級(jí)的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由于對(duì)于相連兩個(gè)級(jí)的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由

35、于I I級(jí)缸排出的同時(shí)級(jí)缸排出的同時(shí)IIII級(jí)級(jí)缸吸入，其進(jìn)、排氣激發(fā)力是相互抵消的缸吸入，其進(jìn)、排氣激發(fā)力是相互抵消的, ,但是對(duì)于雙級(jí)單作用氣缸，只有對(duì)但是對(duì)于雙級(jí)單作用氣缸，只有對(duì)置式和曲柄錯(cuò)角為置式和曲柄錯(cuò)角為180180的立式，激發(fā)力才能相互抵消。的立式，激發(fā)力才能相互抵消。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)364.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.2 管道壓力脈動(dòng)的防治措施 2) 裝設(shè)緩沖器裝設(shè)緩沖器 緩沖器實(shí)際上是個(gè)蓄能器，它像水緩沖器實(shí)際上是個(gè)蓄能器，它像水庫(kù)那樣能夠起到調(diào)節(jié)能量的作用。當(dāng)上庫(kù)那

36、樣能夠起到調(diào)節(jié)能量的作用。當(dāng)上游處在壓力波的峰值時(shí)，由于氣體的彈游處在壓力波的峰值時(shí)，由于氣體的彈性作用，壓力波進(jìn)入緩沖器后壓縮其中性作用，壓力波進(jìn)入緩沖器后壓縮其中氣體，壓力波的動(dòng)能變?yōu)榫彌_器內(nèi)氣體氣體，壓力波的動(dòng)能變?yōu)榫彌_器內(nèi)氣體被壓縮后的彈性勢(shì)能。而當(dāng)上游處在壓被壓縮后的彈性勢(shì)能。而當(dāng)上游處在壓力波的波谷時(shí)，緩沖器內(nèi)壓縮氣體膨脹，力波的波谷時(shí)，緩沖器內(nèi)壓縮氣體膨脹，勢(shì)能變?yōu)閯?dòng)能，彌補(bǔ)了管道內(nèi)瞬時(shí)壓力勢(shì)能變?yōu)閯?dòng)能，彌補(bǔ)了管道內(nèi)瞬時(shí)壓力的下降。這樣，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換，緩沖器的下降。這樣，通過(guò)能量轉(zhuǎn)換，緩沖器就等于一個(gè)氣體彈簧，起到對(duì)振源的隔就等于一個(gè)氣體彈簧，起到對(duì)振源的隔振作用，從而把出緩沖器

37、后的壓力脈動(dòng)振作用，從而把出緩沖器后的壓力脈動(dòng)峰值降低了很多。峰值降低了很多。 Chap 4 往復(fù)壓縮機(jī)故障分析和管道振動(dòng)2022-3-8工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)374.3 壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.2 管道壓力脈動(dòng)的防治措施 實(shí)例實(shí)例: :氨制冷壓縮機(jī)出口管道的減振措施氨制冷壓縮機(jī)出口管道的減振措施 某石化公司煉油廠輕質(zhì)酮苯脫蠟裝置中一臺(tái)某石化公司煉油廠輕質(zhì)酮苯脫蠟裝置中一臺(tái)2AD15-35/50型氨制冷壓縮機(jī)。該機(jī)為型氨制冷壓縮機(jī)。該機(jī)為雙缸、兩段、雙作用、對(duì)稱平衡式，一段出口排氣量雙缸、兩段、雙作用、對(duì)稱平衡式，一段出口排氣量Q0=3360m3/h，

38、轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n=300r/min，一段入口壓力一段入口壓力P0=0.074MPa（絕壓），一段出口壓力（絕壓），一段出口壓力P1=0.47MPa(絕壓絕壓)，二段出口壓力，二段出口壓力P2=1.585MPa(絕壓絕壓)。運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)二段出口管道振動(dòng)很大，最大振幅達(dá)。運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)二段出口管道振動(dòng)很大，最大振幅達(dá)400，管道管道上的閥門、壓力表均被振壞，管卡被振松振斷。經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，認(rèn)為氣流的壓力脈動(dòng)在上的閥門、壓力表均被振壞，管卡被振松振斷。經(jīng)過(guò)初步計(jì)算，認(rèn)為氣流的壓力脈動(dòng)在出口管道的彎頭處產(chǎn)生的沖擊是造成管道振動(dòng)的主要原因。為了減弱氣流激振力，他們出口管道的彎頭處產(chǎn)生的沖擊是造成管道振動(dòng)的主要原因。為了減弱氣流激振力，他們?cè)趬嚎s機(jī)出口處安裝了一臺(tái)緩沖器，緩沖器的容積計(jì)算如下：在壓縮機(jī)出口處安裝了一臺(tái)緩沖器，