双螺杆压缩机的振动故障简要分析

摘要：介绍了双螺杆压缩机的结构、特点，同时针对我厂双螺杆压缩机常见故障进行分析诊断，并给出了切实可行的解决办法和合理化建议。

关键字： 双螺杆压缩机；特点；故障类型；振动分析

分类号TH45

1. 引言

双螺杆压缩机是我国石油化工的主要气体压缩设备之一，其运行状态的好坏将直接影响整个压缩机组装置的安全性和可靠性及生产效率，一旦发生故障，将极有可能引起整套设备甚至整条生产线的瘫痪，严重降低生产效率并带来巨大地经济损失。我厂（宁波万华聚氨酯股份有限公司）MDI装置冷冻机组目前有10余台双螺杆冷冻机。因此做好冷冻机的平稳操作、提高冷冻机制冷能力对我厂节MDI装置稳定运转及能降耗起着举足轻重的作用。

2. 双螺杆压缩机的主要特点

螺杆式制冷压缩机的一种，同时具有活塞式和速度式两者的特点[1]：

（1）动力平衡性能好。 螺杆压缩机没有不平衡惯性力，运行平稳、可实现无基础运转，特别适合作移动式压缩机，体积小、质量轻、占地面积少。

（2） 可靠性高。螺杆式压缩机结构简单，零部件根据少，没有像气阀、活塞环等易损件，它的主要摩擦件如转子、轴承等、强度和耐磨程度都比较高，而且条件良好，因此它运转可靠、寿命长，大修间隔期可达4～8小时，操作维护方便，可连续运转25000h无大修。螺杆压缩机自动化程度高，操作人员不必经过长期的专业化培训，可实现无人值守运转。

（3）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽阔的范围内能保持较高效率，在压缩机结构不作任何变化的情况下，适用于各种工况。

（4）单级压力比高。 螺杆压缩机对压缩腔进液不是十分敏感，可以采用喷油冷却，故在相同的压力比下，排气温度比往复机低的多，因此单级压力比高。

（5） 调节方式多样。双螺杆压缩机可在多方面顺应工况的要求。作为调节措施有：变转速调节、吸气流量调节、用电力驱动时的停机-运转控制、旁通调节以及特别用于制冷压缩机的滑阀调节。

（6）多相混合介质。 双螺杆压缩机在阴、阳转子齿面上留有间隙，因此能耐液体冲击，可压送含液气体、粉尘气体及易聚气体。

3. 双螺杆压缩机的主要缺点

（1）加工精度要求高、造价贵。 由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需要利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，对螺杆压缩机的气缸的加工精度也是有很高的要求。

（2）不适用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命的限制，双螺杆压缩机只适用于中、低压范围，排气压力一般不超过3Mpa。

（3）不适用于小排气量场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前一般只有容积流量大于0.2m3/min时，双螺杆压缩机才具有优越的性能。

（4）噪声大。制冷剂气体周期性地告诉通过吸、排气孔，通过缝隙泄露等原因，使压缩机有很大噪声。

4. 双螺杆压缩机目前的研究状态[2]

纵览近十几年来螺杆压缩机的研究文献[3]，围绕提高螺杆压缩机的性能，主要的研究工作有：（1）型线几何和转子几何；（2）间隙、气体泄漏和油影响；（3）热力学（泄漏、传热、油气换热的数学模型，排气孔口流动）过程的研究；（4）刀具计算与研究；（5）转子振动与噪声，转子碰撞、喷液螺杆机研究等。

5. 双螺杆压缩机组的常见故障形式及诊断方法

双螺杆压缩机的故障多种多样，造成的危害和后果也有轻有重。它由螺杆压缩机、仪表控制盘、油分离器、油冷却系统及系统等组成。集中了机械、电气、仪表连锁控制的复杂程序。该系统通过自动控制和连锁保护系统实现安全可靠运转。分析常见故障[4]及其原因，有助于改进设计、制造和使用维护，从而有效地提高压缩机的可靠性和经济性。

5.1 双螺杆压缩机组常见故障形式

一：机组噪声及振动过大；

二：设备系统故障；

三：操作参数突变引起的设备停机故障。

具体分为以下几方面：

（1）阴阳转子故障 ①阴阳转子相互“咬合”，明显有挤压痕迹，转子工作面上有片状剥落层出现。②阴阳转子啮合面防腐层脱落及磨损。③转子顶部密封线严重损坏，转子的排出段密封线损坏比吸入端严重。

（2）轴承故障 ①支撑轴承及推力轴承磨损。②轴承出现腐蚀、烧伤现象。（3）气缸、轴承及同步齿轮故障 ①压缩机缸体在出口段磨损严重。②气缸内壁防腐层脱落及磨损。③气、油封轴颈磨损。④同步齿轮轴颈磨损。

（4）其他辅助系统故障 诸如能量调节机构失灵、压缩机不能启动、吸气压力低、排气压力过高、排气温度和油温过高、耗油量大、运转中有异常响动等。

5.2 双螺杆压缩机组噪声及振动过大原因分析与诊断

压缩机的噪声主要为进、出口气体动力性噪声、机械部件运动产生的机械性噪声和驱动电机的电磁噪声等[5]，其中机械性噪声是由机组振动产生的，也是我们需要分析的，产生振动的原因有以下几类[6]：

（1）机组地脚螺栓松动；（2）转子系统不平衡产生振动；（3）电动机与压缩机对中不好；（4）压缩机电机振动；（5）机组工艺管道共振引起机组振动加剧；（6）压缩机轴承磨损或损坏；（7）吸入液态的制冷剂。

振动的原因一般较为复杂，有时可能有几种症状同时存在，在诊断压缩机振动故障的时候我们可以采用排除法逐一排除。

方法一：（无振动监测手段）

第一步，看压缩机工艺过程有没有出现异常，如进过量液态制冷剂或油，此情况下开机时振动剧烈，噪声非常大，而且有时断时续；

第二步，检查地脚螺栓有无松动，松动时通常表现为松动地脚振动值明显高于其他地脚螺栓的振动值，且它的水平振动值远远小于其垂直振动值；

第三步，检查轴对中情况，此类情况一般发生在机组大修初开时，轴不对中的主要表现为2X频偏高，非常明显的振动过程。随着转速的增加振动速度值会随之增加。

第四步，空转电机，检查电机时候振动超标；最后解体压缩机。一般螺杆压缩机内部零件损坏的话，运转时会有敲打声。检查转子、轴承情况，并可以作动平衡测试。

方法二：（状态监测分析）

状态监测的基础是测量数据，所以要求我们再平时应当重视数据的整理和分析。同时要求分析人员对各类设备要有相当的了解。如当对双螺杆压缩机进行状态分析时除了要求了解电机及压缩机各轴承型号、电机转速、阴阳转子齿数、同步齿轮齿数及类型时，我们还要知道整体的固有频率（因为我们发现很多机组的振动都是由于共振引起的）。得到了这些数据与信息后我们就是对频谱经行分析，方法多种多样：滚动轴承的包络分析、瀑布普的运用、小波分析、轴心轨迹的分析方法等，这样的分析是十分有帮助的。得到可靠的分析结论后，分析师能给出该设备检修是否需立即维修及检修的部位。状态监测分析将是未来预防性维修的主要手段。方法一是比较老的手段，存在较大的误差而且不能适应现如今的发展水平。而运用状态监测的手段是实现预防性维修最科学和有效的方法。

下面以我厂2011年中旬一次振动过大停机检修为例，对双螺杆压缩机存在的振动原因进行简要的分析：

设备名称：K9001B-3 设备信息：约克RWBII-856E双螺杆压缩机

测点名称：K9001B-AX到DZ共12个重点观测点

X表示水平方向，Y表示轴向，Z表示垂直方向

测点描述：重点测点4个A、B、C、D。电机端测点及地脚都有振动记录在案。

以下为振动超标严重的AZ，DZ方向频谱图

测量时间：2012-05-06及2012-05-07（历史记录波形图不在仅振动数据且数据值较小。没有列出）

说明：轴承型号已进行了测量及查阅，支撑轴承应该系NU2326及NU2322 FAG轴承。同时也完成了轴承特征频率的计算及校核（轴向力平衡轴承未作校核）。保持架故障频率20.15HZ、滚柱故障频率120.95HZ、外环故障频率282.35HZ、内环故障频率417.65HZ（仅列出以NU2326的模型的轴承故障频率）受分析软件功能限制，我们无法将频谱再度细化。 由于测量还是基本排除轴承损伤故障引起的振动原因。

分析预测：

1、 地脚振动数值均较小，速度峰值在0.78mm/s左右。排除地基基础振动原因。

2、 对电机输出端滑动轴承的监测X方向和Z方向分别以2倍工频和1倍工频为主，振幅分别为2.1及1.15mm/s，且没有发现油膜涡动的振频出现。对比与之用膜片式联轴器连接的A点振动值，我方认为联轴器对中不存在较大问题（至少不是引起振动的重点），且5月4日进行过停机对中检测，在热状态下：轴向偏差10丝、径向40丝（考虑电机端为滑动轴承，运转时会上浮且转子还处于热状态。）。但对于滑动轴承和滚动轴承的配合使用在运转中对不对中效果有一定放大效果

3、 由于A、B、C、D四测点均以偶数倍频站最突出，且没有发现突出的轴承故障频率的出现，排除轴承的磨损引起振动的因素， 但是并不确定轴承游隙的变化给设备频谱造成的影响。

4、 AZ及DZ两点数据较其他数据尤为突出，以4倍频为重点（为转子啮合频率）。CZ、BZ以12、4倍频为主导，CX、BX以2、6、12倍频为主导、AX及DX以6、2倍频为主导。根据我厂经验及ISO相关标准K9001B-3振动数据均已达到不满意状态且A、D两点数据已经达到不合格状态。我方在仅有的数据及分析能力上认为：转子啮合过程中存在一定得间隙过小、甚至是刮伤。且上下浮动较横向大。其原因可能是装配问题也可能是轴承游隙不合适。

得出以上初步判断后我厂决定对该压缩机进行解体检修，在此过程中发现转子和腔体有磨损情况，轴承运转还是较为良好。对间隙进行调整后安装到位，再对该双螺杆压缩机进行测量，振动值有明显下降。

5.3双螺杆压缩机系统故障分析与诊断

双螺杆冷冻机要求对设备连续压力供油，因此设备系统的完善，对于保证油质，保证设备长期稳定运转至关重要。系统故障一般有以下几种：（1）油泵入口过滤器堵；（2）油泵出口过滤器堵；（3）油泵故障或油泵安全阀损坏；（4）系统管线温控损坏；（5）油冷却器故障。

机组在运转时如发现通过调节阀门油压始终上不去，油泵有噪声，那么首先查看油泵的入口过滤网是否被金属碎屑等粉末堵塞，如果入口正常，那就再打开出口过滤器查看，一般问题就能找到；如果还不是，就得检查油泵本身。

5.4 双螺杆压缩机操作参数突变引起的设备停机故障与诊断

双螺杆压缩机的操作参数突变引起的设备停机一般与工艺操作不稳，气温变化有关系，常见的因操作参数变化引起的停机故障有：（1）吸气压力太高引起的停机；（2）排气压力太高引起的停机；（3）油泵的突然停机；（4）过滤压差大引起的停机；（5）入口带液引起的停机。

5 总结与建议

（1）在机组正常运转时定期对设备进行振动监测。对测量数据进行整理和归纳，当发现测量数据开始有变化征兆时，应缩短监测周期并对原因进行分析，一旦测定值进入警戒值，立即采取相应保护措施。

（2）定期进行油样分析，检查油样的残留物、送往更好的油样分析机构对其金属含量及其他成分进行有效分析。这种方法可以提前很久确定零件的磨损，进行有效的预防性维修。

（3）开机启动前一定要确定在腔体内无液态R22，保证开车一次成功。

实践证明，只要严格遵照操作规程，适时更换配件，增加对双螺杆压缩机吸排气温度及压力等参数的调节控制，增强压缩机日常保养维护意识，熟悉各种常见的故障处理方法，就能保证压缩机在最佳工况下运行，达到满意的使用效果。

参考文献：

[1] 张建东，姜猛，宋海燕.双螺杆压缩机常见故障特征与诊断 .压缩机技术2011，5.

[2] 熊伟，冯全科.螺杆压缩机研究现状与热点.流体机械，2005，33（3）：30-33.

[3] 刘卫华.近十年来压缩机研究方向.压缩机技术，1998，4：33-35.

[4] 程双灵，李国良，张秋菊.螺杆压缩机噪声控制的研究[J].流体机械 2007，35（2）.

[5] 程前进.螺杆压缩机振动原因分析.石油化工设备技术，2003，2（24）：22.

[6] 邢子文.螺杆压缩机.北京：北京工业出版社，2000.

个人介绍：

姓名：张文庆 性别：男 出生年月：1978.12 民族：汉

学历：大学本科：山东大学 过程装备与控制 在职硕士：浙江工业大学 经贸管理