0 引言

离心齿式压缩机因其处理流量大、压缩比高、功耗小等优点被逐渐应用于冶炼、制药、污水处理等领域。其常用的结构形式为电机+齿轮增速+叶轮悬臂+齿轮箱+油站，该结构具有传动效率高、占地面积小、检修方便等优点。该机组可以定转速运行也可以变频操作，具有较宽的流量调节范围。但因叶轮的安装方式为悬臂式，在开停机过程中，气体对叶轮的不平衡冲击及轴向力的影响容易破坏转子的动平衡，导致机组联锁停车。为保证机组的安全稳定运行应采取必要的措施进行在线运行监测及做好预防工作，例如检测转子的动态即时振动值，设定机组振动报警跳车值等，保证机组的长周期运行。本文针对离心压缩机出现的振动跳车问题，运用先进的多通道频谱分析技术，成功解决了现场故障，保证了机组的稳定运行。

1 离心齿式压缩机结构及工况参数

离心齿式压缩机主机结构可见图1，按照结构是否运转分为定子和转子，定子为流通元件，包括导流器、扩压器、蜗壳；转子主要包括叶轮、高速齿轮轴、大齿轮、低速轴及联轴器等 [1]。

  

图1 离心齿式压缩机主机示意图

整个压缩机轴系监测系统如图2所示。

  

图2 离心齿式压缩机在线监测位点

整个轴系共有6个振动探头和6个振动传感器，用于监测高速轴叶轮端的振动大小；7个温度探头和温度传感器，用于监测滑动轴承瓦块和推力面的温度；电机处有3个温度探头和温度传感器，用于监测电机三相绕线电阻的温度；1个轴位移探头和传感器，用于检测轴系的轴向串动量。离心齿式压缩机的工况参数如表1所示。

 

表1 离心齿式压缩机参数表

  

参数 数值工艺介质 w（NH3）=69.45%;w（CO2）=29.69%;w（HNCO）=0.06%;w（N2）=0.8%进口压力 /MPa（A） 0.38进口温度 /℃ 145质量流量 /kg·h 18758出口压力 /MPa（A） 1.85压缩机级数 3级电机功率/kW 2000（变频调节）转速 /（r·min-1） 第 1～2 级：25500；第 3 级：29580齿轮齿数 大齿轮：278；第1～2级齿轮：32；第3级齿轮：28

2 离心齿式压缩机频谱特征及检测系统

频谱分析是诊断离心压缩机故障的常用方法，通过探头、传感器将测试信号的幅值、相位或能量变化以频率坐标轴表示，对部件的固有振动频率进行分析，常见的压缩机故障例如转子不平衡、摩擦等表现出的频率特性与频谱分量有一定的比例关系，可以根据频谱特性来判断压缩机的故障类型，从而为解决问题提供依据 [2]。常见的故障特征及其频谱特性如下。

（1）轴表面有划痕、毛刺。频谱特性表现为轴心轨迹及波形图上有定向的尖峰，划痕越严重尖峰值越明显，如图3所示。

（4）油膜涡动。油膜涡动的平均速度为轴颈圆周速度的一半，也称为半速涡动。频谱特性表现为0.5倍频处有峰值，轴心轨迹为双椭圆形状，涡动的频率始终接近0.5倍频的运转转速，见图6。

（1）第3级高速转子质量不平衡，导致转子转速超过临界转速时振动过大，应对转子进行动平衡校核，从而降低其在工作转速时的振动值。

（2）转子不平衡。转子不平衡主要是因为加工制造、装配误差、结构形式、材质不均匀，叶轮表面结垢，固体颗粒进入叶轮内击穿叶片等造成的质量分布不均匀。频谱特性表现为振动信号稳定，且波形近似为正弦曲线，在高频部分出现较小的谐波，轴心轨迹呈椭圆形，如图4所示。

  

图3 轴表面存在划痕时的轴心轨迹及波形图

  

图4 转子不平衡波形图及轴心轨迹图

  

图5 转子不对中波形图及轴心轨迹图

根据研究表明 [3]，正常运转时轴心轨迹形状近似为椭圆形，当椭圆形状大于正常振动时，则说明受到不平衡的影响。若轴心的轨迹旋转方向与轴旋转方向相同，则说明受到新的不平衡激励力作用；若方向相反则是受到摩擦阻力的影响。图12，图13分别为第3级高速轴转速为895，1180 r/min时轴心轨迹及波形图。从图12可以看出左侧和上侧轴心轨迹基本平直，而右侧和下侧的轨迹基本为椭圆轨迹，说明左侧和上侧的轴心在运转时受到了抑制，可能受到了其他部件的边界限制。而从波形看X，Y方向振动值接近，都是以压缩机转频为主的正弦波。从图12，图13中可以看出Y测点相位一直领先X测点100°左右。

此次研究过程中，两组病人接受单天200毫克与100毫克剂量的黄体酮治疗，并在用药十天后停止用药，结论表明这两组病人的治疗总有效率无明显差异，P>0.05，证明两种用药方案的疗效相似且有效。但低剂量组的病人其用药后副反应的发病率显著少于高剂量组病人，P<0.05，提示低剂量用药的安全程度更高。由此可知，针对无排卵型月经失调时选择孕激素用药方案，且孕激素剂量与病人子宫内膜厚度呈正相关关系，治疗子宫内膜偏薄的病人时，可根据其自身具体病情合理调节用药剂量。使用较低剂量的黄体酮，疗效仍令人满意，且安全程度高，副反应发病率小，推荐临床大范围使用。

从图9，图10看出，转子的振动值随着转速的增加而逐渐增加，当电机转速为900～1000 r/min时，第3级高速轴实际转速 （为8936～9929 r/min）接近临界值，振动值最大约为40 μm，接近报警值。当实际转速超过临界转速时，振动值随着转速的增加而逐渐减小，且趋于一个较小的稳定值，可判断转子具有不平衡的频谱特性 [2]。

  

图6 油膜涡动波形图及轴心轨迹图

  

图7 摩擦波形图

  

图8 离心齿式压缩机振动测试连接图

3 离心齿式压缩机故障频谱分析

3.1 波德图 （BOD）分析

实际测得的数据如图9，图10所示，横坐标为低速轴键相测得的实际转速，单位为r/min，第3级高速轴的实际转速按照速比进行转换。纵坐标为高速轴上测振位置的振动值，单位为μm。

采用20米水头自由流水加注橘红色食品红灌注孔A1，持续观测32小时，未见下游颜料出逸。再次加注48小时，亦未见颜料出逸。同样的水压加注孔UP2，换用墨蓝色食品红后28小时深孔泄洪洞渗水出现颜料出逸现象。

  

图9 第3级高速轴X方向测点波德图

  

图10 第3级高速轴Y方向测点波德图

离心齿式压缩机在厂内测试时振动、瓦温值均在设计范围内，而现场安装运转时出现第3级振动偏大，且Y向振动值明显大于X方向的情况。为研究振动偏大的原因，采用TT800多通道同步采集系统测试了第3级叶轮侧的振动及低速轴的键相转速数据，旋转方向是从Y测点指向X测点，并对数据进行了诊断分析，拆箱后验证了分析结果，分析与实际结果整个测试系统可见图8。

另外，利用软件计算出的第3级高速转子理论临界转速为11500 r/min，高于实际临界转速，如图11所示。这是因为实际运行时的临界转速受到轴承阻尼，转子机械加工、装配及其他轴系啮合的影响，与理论临界转速有13.66%～22.3%的偏差。

其次，根据知识服务的经济后果三分法理论，我们应巧妙利用知识服务的正经济后果观，发挥知识服务的积极促进作用，推动服务经济的可持续健康发展，同时投入更多的资源“美化”环境，在收获更大的经济利益的同时，获得一个满是“绿色”生存环境，达到经济效益与绿色环境的和谐共存，最终使世界整体经济体处于良性发展的循环中，加快人类文明向前的步伐。

  

图11 第3级高速轴理论临界转速图

3.2 启停机过程数据的变化分析

（5）摩擦。频谱特性表现为波形存在幅值的不对称 “削顶”现象，或者波峰处出现高频小幅振荡，轴心轨迹为圆形或椭圆形，且轴心轨迹比较紊乱 [3]，如图7所示。若为点接触的局部碰磨则轴心轨迹为内 “8”形状，若是多点的局部碰磨则轴心轨迹呈花瓣形。

由图14，图15可以看出，随着电机转速升至2300 r/min左右时，X/Y间幅值比出现明显变化，且X，Y测点间的相位越来越接近，甚至出现X测点相位领先Y的情况，即转子发生了反进动。反进动的出现说明转子存在摩擦。

很多时候，换一种说话方式，彼此的心情会截然不同。夫妻相伴多年，更要好好说话，多表达关心，少一些指责，只有这样，那个伴儿才会长久地陪你走下去。

  

图12 第3级高速轴转速为895 r/min时轴心轨迹及波形图

  

图13 第3级高速轴转速为1180 r/min时轴心轨迹及波形图

  

图14 第3级高速轴转速为2338 r/min时轴心轨迹及波形图

  

图15 第3级高速轴转速为2343 r/min时轴心轨迹及波形图

从图16，图17中可以看出时域波形图存在幅值的不对称情况，即 “削顶”现象，且在波峰处出现高频小幅振荡，频谱图中1倍频很小，存在大量的高次谐波成分，可以判定为摩擦频谱特性。

  

图16 第3级高速轴转速为2598 r/min时域波形图

  

图17 第3级高速轴转速为2598 r/min频谱图

3.3 轴心位置图分析

从图18，图19中可以看出，第1～2级高速轴轴心位置随着转速的升高而下降，而第3级高速轴轴心随着转速的变化基本固定在同一位置，应该是受到了外部零部件的抑制。

4 拆箱检查及整改

根据频谱数据显示的结果，可得如下结论：

这个塑胶厂的结构和刚才那个染料厂大同小异，大帅道：我来。说完从地上捡起石头，左小龙忙握住他的胳膊，说，等等。

（3）转子不对中。膜片联轴器虽然可以实现轴向、径向、角向及温度变化引起的轴心线不对中的补偿，但不能完全补偿。其频谱特性表现为波形存在两倍频的次峰，以1倍频和2倍频分量为主，不对中越严重2倍频分量所占比例越大，轴心轨迹近似为香蕉形，严重时为 “8”字形，如图5所示。

  

图18 第1～2级高速轴轴心位置图

  

图19 第3级高速轴轴心位置图

（2）第3级转子在高转速下表现出明显的摩擦特征，判断摩擦可能发生在轴瓦、密封、推力面等间隙较小的部位。

回归(1)直接考察了金融开放程度与经济增长率之间的关系，依据前文假说与检验式我们引入了kaopen的一次项和二次项， 其1%水平显著的估计结果说明金融开放程度与经济增长率之间可能呈开口向下的倒U型曲线关系，由于其中轴线正好处于kaopen指标[0,1]的样本取值范围内，这意味着金融开放程度对经济增长率的影响具有非单调特征。

对机组拆箱检查后发现，大齿轮与第3级小齿轮推力盘的接触面有明显的摩擦痕迹，应该是转子的轴向窜动量过大，使得推力盘磨损。同时发现轴承推力瓦面有磨损，如图20所示。

  

图20 推力盘磨损

对轴承和齿轮副进行修复和动平衡校核后重新开机，振动值在设计范围内，未出现振动值偏大而引起的报警和停车事故。

5 结论

利用振动频谱的特性来检测离心压缩机高速转子的振动异常情况，从而判断转子可能发生的故障，在最短时间内找到解决方案 [4]。但目前的实际应用中，将频谱系统集成到压缩机控制室内的厂家很少，只有在机组问题很难解决的情况下才会寻找专业的频谱厂家进行诊断。希望在今后的压缩机开发中，能对压缩机的控制程序进行二次开发，将频谱特性集成到数据库中，为查阅压缩机的运行情况及故障排除提供有效的分析手段。

参考文献

[1] 赵岩.离心式压缩机常见故障分析及诊断方法[J].石油化工设备技术，2012，33（2）：46-50.

[2] 寇丽萍，王立鹏，战洪仁，等.二氧化碳离心压缩机的振动分析与故障诊断[J].机械设计与制造，2012（12）：180-182.

[3] YEH S S,HSU P L.The Speed-controlled Interpolator for Machining Parametric Curves[J].Computer-Aided Design,1999,31（5）:349-357.

[4] 廖日东，左正兴，邹文胜.温度对气缸盖应力分布的影响研究[J].内燃机学报,2001,19（3）:253-257.