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“对称完全平衡”型往复压缩机机械振动法故障诊断? “对称完全平衡”型往复 压缩机 机械振动法故障诊断 1 往 复 压缩 机 故 障 诊 断 的 现 状 目前现 场对 往复 压缩机 故 障的诊 断 方法 有 参 数 法 、振 动声 学法 和油 液分 析法 3种⋯1。参 数 法从 压 缩 机工 艺参 数 的变化 入手 ,通 过压缩 机 的作 功能 力 变 化 判断其 故 障情况 ,是 目前 现场 使用 较多 ,也 是 比较 有效 的方法 之一 ,但 仍然 较大 程度 上依 赖诊 断 人 员 的 经验 。但 其 只能 判断通 流部分 的故 障,如 气 阀故 障 、活 塞环 的磨 损 等。油 液分 析法 通过 监测 润 滑油 中金属 磨粒 的数 量 、元素 、形 状 ,来判 断机 械 系统 与润 滑油接 触 部位 的零件 的磨 损情 况 ,是较 为 科 学 和先进 的诊 断方 法 ,但 由于润 滑油 采 样不 确 定 性 和 金 属 微 粒 的 含 量 很 少 , 准 确 性 和 及 时 性 受 到 制 约 , 因而推 广受 限。 笔者认 为 ,往复 压 缩机故 障 及 时 、准 确的 方法 仍然 是机械 状态 的诊 断 ,即振 动 声 学 法 ,但 声学 法根 据 压缩机 故 障时发 出不 同的声 音判 断故 障情况 , 由于 采集信 号难 度较 大 、干 扰 因 素较 多和分 析 理论 的不 完善 , 目前 主要 还停 留在人 的 听觉和经 验 判断 上。 振动信 号 比较容 易 采集 ,相 对的 干扰 因素较 少 、信 号也 比较稳 定 ,是一 种 有发 展前途 的诊 断 方 法 ,但 往 复 压 缩机 因其 结 构 复 杂 , 零 部 件运 动形 式多 样 ,激振力 源较 多 ,信号 分析 难 度 大 ,从 而其 故 障诊断 技术 ,尤其 是振 动诊 断分 析 技术 ,较旋 转 机械 发展 缓慢 。本文 试 图从 轴 承座 受 力 分 析入手 , 运用 振 动 方 法 就受 力 状 况 较 为 简 单 、 使用 较 为 普 遍 的 对 称 平衡 型压 缩 机 中 的 特 例— — “对称 完全平 衡 型 ”往 复 压缩 机 典 型故 障诊 断 的思路 进 行 探 讨 。 2 “对 称 完 全 平 衡 ” 型 往 复 压 缩 机 的 特 点及 受 力 分 析 目前 石 油 化 工 领 域 广 泛 使 用 的 大 型 往 复 压 缩 机 ,许多 在对 称 平衡 型基础 上 ,对 称缸 的几何 尺寸 和所 压 缩 的 工 艺 气 体 参 数 一 样 , 笔 者 在 此 称 其 为“对 称完全 平 衡 ”型往 复压 缩机 ,其含 义 : (1)压缩 机 气缸 成偶 数 ,且分 布于 曲轴两 边对 称设 置 , 曲拐错 角 180。,两缸 在 同一 直线上 。 (2)对 称位 置上 的活 塞几 何 尺寸 一样 ,两缸 在压 缩 工 艺 上 处 于 并 联 情 况 , 活 塞 力 和 惯 性 力 大 小 相等 ,方 向相 反 从 以上特 点 看 出,理 论 上 , “对 称 完全 平 衡 ” 往 复压 缩机 的 曲轴 轴承座 上 的合 力是 零 。但 由于 受 制造 精 度 ,各 配件 质量 和介质 情 况 的影 响,其 合力 不 可能 为零 , 但其 力的 大小 和方 向 随连 杆 位置 应该 保持 相 对 的稳 定 。在故 障情况 下 ,连杆 的理论 位置 和 受力 情况 会 有较 大的改 变 ,从 而 在轴承 座上 的合力 也 会 发 生 大 小 和 方 向 的 改 变 。 3 时域振动与相位诊断的特点振动信号的处理有幅域分析、时域分析和频谱分析3种,通常频谱分析 较简洁、明确地表示出了构成振动的各频率的成分,较好地反映和区别了各种常见故障,是运用振动技术进行诊断的常用方法。由于离心压缩机受力情况稳定且单 一,运动较为简单(只有旋转运动),振动频谱故障诊断研 究成果颇多,但往复压缩机振动频谱诊断进展却差距很大。本人曾经对往复压缩机的正常运 行中标准频谱进行了一些研究,发表了相应的文章[ , 旨求得受力情况复杂的往复压缩机正常情况下的理论频谱,再试图根据不同部位的故障产生的不同力的特 性,反映到频谱上,但由于数学变换难度较大,故障产生的附加受力难以准确数学描述,多年探索无有进展。于是改变思路,试图从时域出发,避开复杂的激振力源 和艰深的数学变换,充分利用键相信息,找到各种典型故障下轴承座受力情况,然后通过其响应——振动,来反映故障。其主要思路如下: (1)机械振动是对机械力的响应。不论力的成分如何复杂,其效果是对轴承座及其支撑系统的强迫振动。 (2)力的大小在稳定的刚性支撑系统下,与振动成正比,对同一压缩机而言,同一方向振动的大小,反映了轴承座受力的大小。 (3) 对有阻尼系统,形成最大振幅的相位比力的相位滞后一个角度 ,该角度在0~90。之间。其之后角的形成与激振力的频率03、机器的固频率m0、阻尼系数比 都有关系,但对确定的机器而言,是稳定的,且有定量关系Tan =20/(1~ )其中 : / 。对往复压缩机来说,由于机架承受冲击力,一般刚性较 大,其固有频率m0较高,旋转激振频率 较低,其比 小于1,而压缩机支撑系统处在空气中,且厢式结构的其阻尼系数 很小,相位滞后角很小,可以测量出 来。 (4)在排除工艺系统波动或变化范围后,轴承座受力的增大是非正常的,很可能是机器故障的表现。 (5)往复压缩机运动一周期内,经过吸气、压缩和排气过程,但运动件受力方向的变化发生在上、下死点上,该点是故障力的最大点,尤其对冲击力反映最敏感,而冲击力对大头瓦、小头瓦的间隙最敏感。 (6)“对称完全平衡”往复压缩机轴承座理论受力为零,但如果左右缸受力大小和方向改变时,其合力不为零,且合力的方向通过振动相位变化可以得到。合力不为零又有两种情况, 力的大小变化而方向不变化和力的大小和方向都变化。前者与两缸内压力变化有关,压力变化与 气阀或 活塞环 变化有关。后者反映了来自连杆的力的方向变化, 反映了其几何位置的变化,很可能与 托瓦磨损有关。 4 典型故障的时域振动与相位的特点由于往复压缩机除主轴做旋转运动外,其余都再作平面内移动或摆动等复杂的运动,而检测仪器需要固定在稳定的机件位置, 只 有主轴瓦轴承座是固定不动的,且其它部位的受力都能反映到轴承座上来, 因而是最理想的监测位置。为了便于讨论,本文将轴承座振动位移检测探头和键相位监 测探头布置如图3所示。 其键相孔开在与曲轴中心线重合的位置上,此处便是键相的零位。 4.1 气阀故障 气阀故障主要是气阀失效,即阀片与阀座密封不严,出现串气,一般现象为气阀外表温度上升、压缩机流量下降。另外一种故障是气阀弹簧失效,造成启闭不准时, 此时气阀有杂音,且听觉判断准确率高。 当与其对称的一个气阀密封不严时,气缸的做功会变小,从而 活塞杆 受力也会变小, 两列气缸合力不为零, 合力的方向与正常气缸形成的受力方向一致。整个压 缩过程轴承座合力均增大,最大合力应该在压缩终了时,在不考虑气阀开启提前角的情况下,此时振幅增大,且其相位与缸套轴线方向差 或180一 ; 角振动 增大时2缸受力小。表明右缸气阀密封不严;180一 角振动增大时表示1缸受力小,说明左缸气阀密封不严。 当气阀启闭不准时,造成开启点或关闭点受力不平衡,振动较正常情况出现升高现象,其余范围 内振幅无异常。 4.2 托瓦磨损 一个缸一旦托瓦磨损后,活塞的几何位置发生了变化,从而轴承座受力不平衡,如图5所示。在活塞力基本保持不变的情况下,其形成的合力不大,但方向与键相零 位变化了接近90。,,如果出现 +90相位振动增大,其余相位变化不大,可以判断2缸托瓦磨损,如果出现 一90。相位振动增大,其余相位振动变化不 大,表明1缸托瓦磨损。 4.3 大头瓦磨损 大头瓦做圆周平面旋转运动,一旦磨损,造成间隙增大, 由于与连杆连接, 在一周之内受力大小和方向均发生变化,对振幅都有影响,但最大点还是在上、下止点, 因为该点活塞的运动方向发生180。的改变,产生较大的惯性力,对称 平衡往复压缩机惯性力的理论合力为零。如果大头瓦磨损间隙增大,还会产生附加的冲击力。冲击力取决于间隙的大小,但持续时间很短,会在正常振幅图上出现尖 角峰值。如键相为 ,表示1缸,为180一 表示为2缸。 4.4 小头瓦磨损 小头瓦连接十字头和连杆, 由于连 杆工作时摆动,摆动角小于90。,一旦磨损, 仍然会产生附加的冲击,整个周期内均有冲击,尤其上下止点最为严重。故障判断可以参照大头瓦的情况,但大头 瓦在止点位置时冲击力为上下方向,而小头瓦则在水平方向,止点y振动值高, 判断为大头瓦磨损,在 度,表示1缸, 在180。一 度,表示2缸;X振动 值高, 判断为小头瓦磨损, 在度,表示1缸,在180。一 度,表示2缸。小头瓦冲击力 4.5 主轴承磨损 主轴承磨损,几何尺寸发生变化,间隙变大,会产生较大的冲击力,机器运转的平稳性劣化。在一个周期内, 振动幅度会明显地增大。另外,间隙增大导致润滑性能变差,金属之间会产生干摩擦,在频域分析会有低频连续的谱图。 5 补充和说明 (1)该论文从振动时域利用键相做了“对称完全平衡型往复压缩机”的主要易损件的故障判断思路,在实际应用中,要与其它行之有效的诊断方法和经验结合,以提高诊断的科学性和准确性。 (2)该思路尚未得到实践的证明,因为往复压缩机从设计、制造到现场使用, 尚未见有振动状态监测和故障诊断系统,如要实施,对机器需要做一些安装改造。 (3)由于每台机器设计不同,各种参数及机械性能不同,本文为了重点介绍诊断理念,做了许多简化甚至省略。实际中情况会复杂得多,正常情况瓦间隙总是有 的,冲击力也存在、气阀启闭不可能绝对一致等。另外对于同一个轴承座,其各个角度的刚性是不一致的,从而导致同一力在不同的方向产生的振动幅值不同,最大 振幅不一定是最大力产生的。建议使用时加强对整个周期历史趋势的监测和历史对比,从变化中判断和评价机械状况。 (4)对于两缸故障一洋的情况或对称出现,其受力仍然为零, 还得再利用其它方法。 (5)活塞环磨损与气阀关闭不严受力情况受力情况无法区分,还得再利用其它办法。 查看更多 0个回答 . 3人已关注
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简介
职业:福建未来药业有限公司 - 仪表管理
学校:华中师范大学 - 化学学院
地区:甘肃省
个人简介:即使曾经通宵达旦地聊过无数次,现在我们还是晚睡,也心照不宣地再没联络过。查看更多
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