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空压机振动故障分析及解决措施

发表时间：2021/7/28 来源：《中国科技信息》2021年9月上作者：王自肯

[导读] 空压机的结构庞大，紧凑合理，运行效率较高，但是空压机在长时间的运转下会出现故障，且故障发生的概率会随着运转时间的增加而增加，使得空压机的检修维护保养工作频繁。

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摘要：空压机的结构庞大，紧凑合理，运行效率较高，但是空压机在长时间的运转下会出现故障，且故障发生的概率会随着运转时间的增加而增加，使得空压机的检修维护保养工作频繁。振动是空压机运行过程中常见的故障情况，如果不能得到有效解决，会引发一系列的后续问题，如空压机启动失败、轴承损坏等，使得整个空气系统的运转受到影响。目前，对于空压机主要采用在线监测系统进行实时监测，根据在线监测的频谱图监测分析空压机的振动情况，以便及时发现异常并加以调整。
关键词：空压机；振动故障；解决措施
        1.空压机的工作概况
        空压机的空气经过滤器过滤后进入各级叶轮，并在叶轮的作用下不断增加空气自身的分子动能，即电动机的电能转化为叶轮的机械能，然后再转化成气体分子的压力能的过程。但是，随着气体分子在扩压室、蜗壳、弯道等流道里的继续流动，气体分子的流动速度逐渐减慢，这样后面流速较高的气体分子会不断推进前面速度较慢的气体分子。同时，气体分子的动能降低，逐步转化为分子间的势能，分子之间的压力呈升高趋势。
        2.空压机振动的常见原因
        根据空压机的使用情况来看，引起空压机振动的主要原因是叶轮不平衡。叶轮积灰或者叶轮损坏都会使叶轮在运转过程中的平衡状态受到影响，而造成叶轮积灰或者损坏的主要原因有过滤器的过滤效果较差和冷却器内壁出现积灰、锈蚀和结垢等现象。
        通常情况下，如果空压机中的过滤器精度较低，就会使得空压机周围的粉尘进入空压机并沉降附着在叶轮上面。由于空压机在运转过程中叶轮处于高速旋转的状态，会使温度逐渐增加，加上空气被压缩后会产生游离水，粉尘会在叶轮上发生碳化结块，打破叶轮运转过程中原有的动平衡，导致空压机产生振动。
        此外，空压机中的中间冷却器和级间管多为普通的碳钢材质，使用过程中流动介质和周围空气中很可能含有腐蚀性介质，进而对冷却器的外壳内壁和相关管道造成不同程度的腐蚀。如果腐蚀生成的物质在外力作用下发生脱落附着到叶轮上，会影响叶轮旋转的平衡性，加速空压机的振动。如果冷却器发生排水不当或者漏水等情况，一方面由于冷凝器内的冷凝水不能够及时被排除，就会在冷凝器内积聚，很容易被夹带在高速的气流中进入叶轮，进而影响叶轮的运转，同时如果高速流动的气流中携带有机械物质，则很容易在机械物质的冲击下对叶轮造成损伤；另一方面，冷凝器发生漏水使得气流中也会有积水的存在，进而对叶轮造成冲刷，影响叶轮运转的平衡性。
        空压机三级缸轴振动突然大幅度变化，可能是仪表在线监测系统可能存在问题，如传感器、前置放大器损坏或者在测量过程中受到了某种干扰。轴承为支承转动部分的质量和承受在运行中轴向力和径向力的部件，一旦损坏或其本身有质量问题，那么在空压机正常运转时，就会引起转子振动增大，并伴随异常响声和发热。润滑油在维持压缩机稳定运行中至关重要，主要起到润滑、支撑、冷却、减磨、清洗等作用。如果润滑油参数指标(如温度、压力、黏度、水分、杂质等)发生改变，将导致润滑油膜刚性降低，无法在轴承中建立良好的油膜，造成转子振动加剧。造成转子不平衡的原因很多，按发生不平衡的过程可分为原始不平衡、渐变性不平衡和突发性不平衡这几种状况。原始不平衡是由于转子制造误差、装配误差以及材质不均匀等原因造成的，如出厂时动平衡没有达到平衡精度要求，在投用之初，便会产生较大的振动。渐变性不平衡是由于转子上不均匀结垢，介质中粉尘的不均匀堆积，介质中颗粒对叶片及叶轮的不均匀磨损以及工作介质对转子的磨蚀等因素造成。其表现为振动值随运行时间的延长而逐渐增大。突发性不平衡是由于转子上零件脱落或叶轮流道有异物附着、卡塞造成，机组振动值突然增大后稳定在一定水平上，
        3.空压机振动故障解决措施研究
        加强对空气过滤器的改造，能够有效保障过滤后的空气符合空压机的进气要求，最大程度提高空气质量，减少空气中的含尘量。

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这样能够有效避免叶轮表面结垢或者因空气中含有不明机械物质而对叶轮造成冲刷损伤。一方面，可以更换过滤器的形式，如框式过滤器要比袋式过滤器的除尘效果好。另一方面，可以采用多级过滤元件，显著提高空气的过滤精度，改善进气质量。此外，要定期检查过滤器，并及时更换滤芯，加强对过滤器的维护，能够有效降低空压机因叶轮积灰而出现振动的现象。
        在空压机的实际运转过程中，机组级间换热器及相关管道在冷凝水等腐蚀介质的影响下很容易发生腐蚀，使得其表面出现大量的铁锈或者泥砂等，进而对叶轮造成损伤。加强对冷却器及相关管道的防腐处理，使其管壁及其他部位不易产生铁锈等氧化物，会降低叶轮的结垢和冲刷概率。通常情况下，可以对换热器和管道的内壁喷镀一层不锈钢，在其表面形成一层保护膜。这层保护膜既可以提高管壁的耐腐蚀性，又可以在一定程度上起到抗冲刷的作用，同时要注意设计合理的换热器排水口，尽可能加大排水口并尽量对排凝管线采用不锈钢材质，确保排凝管线不会发生腐蚀，不会因铁锈、泥砂等介质的存在而造成排水不当或者排水不及时等情况产生积液，进而引发空压机的振动。
        游离水是造成叶轮表面积灰结垢的主要因素之一。游离水的存在会加速叶轮表面粉尘碳化结垢。如果叶轮周围积聚了大量的游离水，会使周围气体密度较大，增加对叶轮的冲击力，造成空压机出现振动。因此，对于压缩机的疏水器也应该定期检查更换，以保障排水顺畅。对于不需要更换的疏水器，可以手动稍稍打开旁路上的排水阀，以免出现积水过多的情况，使空压机出现振动。
空压机的实际检修过程中往往是在出现问题后才加以解决。它的检修模式多为抢修，检修时间有限，检修效果并不好，导致空压机振动问题频繁出现。但是，根据实际检修经验来看，如果空压机的某一级出现振动故障，而只针对这一级进行检修处理，并不能从根本上消除空压机的振动问题。因此，针对该问题需要明确，不论空压机中任何一级发生振动，都需要清洗每级的叶轮，并采用氮气将冷却器上的灰尘、颗粒等吹除干净。另外，空压机在运行过程中同时配有冷干系统，且阀门一对一开启。在实际的线路切换过程中，总是采取先关闭上游阀门再开启下游的切换阀门，这样会存在阀门开启滞后或者不动作等情况，使得部分压缩气体不能及时排出，压缩机出口压力上升，导致压缩机出现喘振，甚至因振动过高而损坏其他设备。对此，可在该环节设置联通母管，以起到气流缓冲的作用，防止压缩机出现喘振。
        提高空气过滤效率。空压机吸入过滤系统必须有较高的过滤效率，这样能减少大气中粉尘的带入量，避免在叶轮流道中造成积碳和结垢。对于目前广泛使用的自洁式过滤器，反吹压力要控制在设计要求，反吹程序及各部件要正常、灵活。通过适当增加反吹频率，缩短滤筒更换周期，由原每年1次改为每季更换1次，有效保证吸入空气质量。将冷却器壳体及各级间管道材质升级。目前该空压机组冷却器、吸入管道和中间管道采用碳钢材质，空压机长年累月运行，流动的压缩气体会将壳体与管道表面产生的铁锈带走并逐渐附着在叶轮表面，长时间运行破坏转子的动平衡。如果将其升级为不锈钢防锈材质，可有效避免叶轮结垢问题发生。加强设备巡检，合理控制参数。增加对空压机的巡检频次，观察机组各部分运行参数并做好记录。对机组实行机械、电气、仪表、操作、管理“五位一体”联合巡检，点检查机组油温、油压、振动、进出口压力及温度、主电机电流、空压机吸入阻力和流量，发生变化时及时做出调整。
        4.结语
        综上所述，要结合空压机的实际工作情况有效分析空压机振动的原因，并采取针对性的解决措施，最大程度上消除空压机振动故障。但是，需要明确，这些措施都只是减缓空压机发生振动的频率，并不能从根本上完全消除。因此，需要相关设计人员根据空压机的实际运转情况，研制设计更先进的空压机结构，完全避免空压机叶轮的结构磨损等情况，以消除空压机的振动问题。
参考文献：
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作者信息:王自肯，男（1982.03-），壮族，广西乐业县人，大专，研究方向：空压机振动故障分析及解决措施