螺杆空压机常见的故障与处理分析

摘要：螺杆空压机是通用机械的一种，它是重工类行业最好的气源设备，它运行的情况直接影响整个动力装置可靠性以及生产效率。针对单螺杆空压机的故障诊断有非常重要的实际意义。针对单螺杆空压机的故障诊断为根本，介绍故障诊断和信号测试的基本知识与重要性，后对其内部结构与工作原理与之介绍，讲述基础零件的故障诊断，并且介绍齿轮运行的情况表现。经过解析研究，在螺杆空压机的星轮、电机、螺杆的排气端盖及其基座处合理的布置检测点，使用数字信号处理技术针对单螺杆空压机运行状况进行了现场信号收集。应用一些分析方法分别对侦测到的的信号及时分析，以各各方面的诊断检测查出空压机现有的问题，及时提出相应的修缮建议。

关键词：故障诊断；频域；时域；螺杆空压机

近代机器设备明显是向大型、高速、连续和自动方向发展的。所以机械的功能越来越多，功能指标越来越高，结构越来越复杂，并且对设备维护人员的要求越来越高。可以促进生产发展，提高生产效率，改善产品质量，降低生产成本和改善工人劳动条件。另另外也存在一个巨大的危机，就是万一发生故障产生的直、间接损失会十分严重。看着生产发展，设备数量的增长，产生的结果也更加严重。所以机械设备故障诊断有着重要的意义。

1.压缩机的故障诊断

压缩机是一种可以提升气体压力和输送气体的机器。它可用于动力压缩机、化学工艺压缩机、制冷和气体分离压缩机和气体输送压缩机等。

单螺杆压缩机是由一个螺杆与两个平面星轮组成。其结构合理，具有理想的力平衡性。而且单机容量大、无余隙容积、效率高、振动小、噪声低、可靠性好、寿命长、高速轻载、易于建立流体动力等优点。

单螺杆压缩机主要的毛病是高、中频率噪音很大，机壳与啮合副的几何形状与其位置要求精密度较高。起动还有停机的过程中，由于转速过慢，会造成螺杆和星轮齿遭到一定程度上的磨损，所以需要定时维修或者更换星轮。

1.1设备框图与测点布置

实验器材： INV306DM、INV、向和三向加速度传感器若干，INV5633A等。

设备图框如下:

图1设备框图

在单螺杆空压机上测试，单螺杆空压机的测试点分部简图如图2以及表1所显示。

图2测试点布置立体图与项视图

表1 测试点分布

其中测试点2, 3, 4, 5, 6, 7是三向传感器;声级计的测试点分别为电机上、左、右上轴承杯，排气端盖外垂直距离的10厘米的地方，方向分别为Y、 Y、

Y、Z。

1.2信号分析

单螺杆空压机的主要振源识别。使用INV306DM、INV，对1~

10个测试点的振动信号以及1, 3, 6, 10点的噪音信号进行测试与分析，采集的分辨率为：

1.3时域分析

图3测试点1的时域分析

上图3，是测试点1的时域波形，由图4中，幅值还有同周期性的调制，并且伴有同周期性的偏离中心向的幅度。按照故障德诊断理论，可以断定螺杆存在问题，经分析是转轴不平衡或着是对中不良所造成的。这点能从图中清晰的看出周期调幅效应。

图4测试点6的时域分析

上图4是左星轮测点6的波形，由图4就能看出，时域波形很明显的调幅效应，我们看到两个周期，可以说明星轮进入和退出的啮合及其不平衡。同时，对左星轮的频域分析时发现另外一个特别明显的周期性调幅的效应。这种振动周期是星轮转动的周期的5倍，频率才是星轮转频的1/5，现下出现的情况在机器故障中是及其罕见的，从图4上我们可以发现左星轮运行存在异常，可是域波形给予信息的能力还是很有限度的，所以才需要频域分析加以验证。

1.4频域分析

图5是星轮横向振动的频谱图，在频谱图中除星轮频率与啮合频率之外，多次出现的就是依据啮合频率为中心，以星轮转频为间隔出现的边频带.同时伴随有调幅与调频信号频谱，以啮合频率为中心，调制信号频率星轮转频为间隔的谱线。

图5螺杆的频域分析

由图5中可以看到，螺杆虽有不良表现，也可以断定，螺杆与电机转轴的对中不良并不是机器的主要故障。而在图5频谱图可以认定故障是出在星轮上。

图6右星轮的时域、倒频谱、包络线、频域分析

从图6中可以看出右星轮啮合平稳，图中未出现边频带，倒频谱未发现明显倒频率以上证据证明右星轮工作良好无故障。

图7左星轮的频域分析

通过以上分析断定左星轮为主要故障源，

经过解析后认为这是由于安装过程使用的星轮支承轴两端的轴承内外壳之间缝隙过大，导支承轴松动所引起的。如图8分析中，我们可以清楚的看到轴承的轴心不是单一的点，而是跟随星轮的啮合所产生位移。

图8轴心的轨迹图

1.5相干分析

如图9所示1号与7号点的传递函数分析在螺杆频率52Hz的附近出现了冲击载荷的高幅值谱线，这时传递函数与相干系数都非常大。所以可以解析出基座弹簧和螺杆频率及其接近，才能引起共振导致星轮支撑轴松动。

图9观测点1和9的传递函数分析

1.6诊断结果

通过使用时域，频域以及相干的方法针对振动的信号进行解析，都可以说明这台单螺杆空压机的左星轮有着严重的支撑轴的轴承游隙太大才致使支承轴松动的问题。并且因为星轮转动致使星轮和螺杆啮合的时候发生了强烈的碰撞，这种机器故障不能排除周期碰磨作用在生产过程中出现严重的安全危机，如果出现螺杆螺纹或者星轮叶片破裂更甚者在高速运动下撕裂机壳，将会出现不堪设想的经济损失和安全后果。

另外，在电机和机座的传递函数解析时，螺杆频率附近发现了放大效应。表现出基座弹簧的基本频率与螺杆频率过于接近，引起的压共振，会对机器的寿命与生产安全都会造成巨大的影响，对相同类型的其他机器的测试中大量的发现轴承游隙之间过大的问题，同时机身固定的频率与螺杆的转频太过于相同同样也是一个不可以省略的安全隐患。

2.结论

压缩机为炼铁厂、煤矿等大中型工矿企业带来了能不缺少的气源动力，压缩机的是否可以正常运行直接的影响了购买的企业自身的经济效益。所以最尤为重要的是及时运行故障诊断，才可以保证机器的安全运行。

本文单对单螺杆空气压缩机运行的特点，使用INV信号采集以及处理设备实行信号分析和故障诊断检测，并且依据分析检测出的数据的出结论，才能本机种故障的部位、类型以及严重程度实行解析和预判，以便于可以从零件的加工到组装最优化的设计入手，才能达到降低噪声、排除隐患的目的，才可以使产品以最好的质量为客户服务，并且能带来最大的经济利益。

经过本文的分析可以得到以下两个结论：

（1）这台单螺杆空压机的左星轮存在着及其严重的支撑轴轴承游隙过的大问题，支承轴随着星轮转动所造成的星轮与螺杆啮合时发生强烈的碰磨，安全隐患及其严重。提议厂家使用高质量的轴承。

（2）扣去加工与安装问题，也是还有一个不能忽略的隐患是机身基本频率与螺杆转频太过于相似，提议改造机体消除有害的振动。

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作者简介

姓名：李凤海，性别：男 学历：大学本科，出生年月：1966年3月生，

籍贯：辽宁本溪，

职称：副教授，

研究方向：煤矿机械研究方向

工作单位：黑龙江煤炭职业技术学院：