雙螺桿式空氣壓縮機(jī)故障診斷與維修

劉 盛，馬 慧

（中國工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽 621900）

0 引言

螺桿式空氣壓縮機(jī)分為單螺桿式壓縮機(jī)及雙螺桿式壓縮機(jī)，雙螺桿式壓縮機(jī)由于其結(jié)構(gòu)構(gòu)造更加合理，克服了單螺桿式空氣壓縮機(jī)不平衡、軸承易損的問題，能在大的壓力差或壓力比的工況下工作，排氣溫度低，有良好的輸氣量調(diào)節(jié)性，廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。無論國內(nèi)或是國外，其市場占有率逐年攀升，在空氣壓縮機(jī)市場的市場占有率達(dá)到了80%[1]。熟悉掌握雙螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作原理，及時徹底的排除故障才能保障安全生產(chǎn)用氣的需求。

1 GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)與工作流程

阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)[2]

（1）空氣流程：由過濾器濾去塵埃之后，空氣經(jīng)由節(jié)流閥（又稱加卸載閥）進(jìn)入主壓縮室壓縮，并與潤滑油混合；被壓縮的混合空氣被排至油氣桶，然后再經(jīng)由油氣分離器、后冷卻器及疏水器送入使用系統(tǒng)。

（2）潤滑油流程：油氣桶內(nèi)壓力將潤滑油壓出，經(jīng)油冷卻器，油過濾器除去雜質(zhì)顆粒，然后分成兩路，一路從機(jī)體下端噴入壓縮室，冷卻壓縮氣體；另一路通到機(jī)體兩端，潤滑軸承組，而后各部分的潤滑油再聚集于壓縮室底部，由排氣口排出。與油混合的壓縮空氣排入油氣桶后，絕大部分的油沉淀于油氣桶的底部，其余的含油霧空氣再經(jīng)過油氣分離器進(jìn)一步過濾除去剩余的油，并參與下一個循環(huán)。

2 故障現(xiàn)象

技術(shù)保障中心空壓站一臺阿特拉斯GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)，在正常使用過程中偶發(fā)故障停機(jī)，觸發(fā)遠(yuǎn)程上位機(jī)監(jiān)控報(bào)警，此時值班人員到現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)故障停機(jī)，但未能查看到報(bào)警信息，其機(jī)載Elektronikon 電腦控制器報(bào)警條件一旦消失，報(bào)警信息便會消失，按復(fù)位鍵消除報(bào)警指示后立即可正常啟用。幾天或間隔一兩周后，該故障又重復(fù)出現(xiàn)。

3 故障診斷及處理

由于故障偶發(fā)，且報(bào)警停機(jī)后前去檢查空氣壓縮機(jī)各部位在停機(jī)狀態(tài)下未發(fā)現(xiàn)任何異常，每次故障停機(jī)按復(fù)位鍵消除報(bào)警指示后立即可正常啟用。對此，采集空氣壓縮機(jī)運(yùn)行實(shí)時狀態(tài)繪制趨勢曲線，確認(rèn)故障觸發(fā)時狀態(tài)顯得尤為重要。技術(shù)保障中心遠(yuǎn)程上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用西門子WINCC 組態(tài)，通過串口MODBUS RTU 協(xié)議實(shí)時監(jiān)控5 臺空氣壓縮機(jī)工作狀態(tài)，其趨勢曲線界面組態(tài)為監(jiān)控管網(wǎng)壓力、流量與露點(diǎn)顯示。為判斷故障，臨時在WINCC 變量記錄歸檔中添加故障壓縮機(jī)出口壓力、機(jī)頭噴油壓力、運(yùn)行狀態(tài)、加載狀態(tài)、正常狀態(tài)變量，編輯趨勢曲線的組態(tài)，使其記錄指定空氣壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（圖2）。

圖2 變量記錄設(shè)置

通過WINCC 趨勢曲線可實(shí)時查看運(yùn)行狀態(tài)，也可回調(diào)查看變量記錄歸檔歷史數(shù)據(jù)，不用長時間堅(jiān)守現(xiàn)場捕捉故障瞬時狀態(tài)。完成配置后再次出現(xiàn)故障，通過趨勢曲線歷史記錄可觀察到故障發(fā)生在空氣壓縮機(jī)卸載時，出現(xiàn)了短暫機(jī)頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當(dāng)，對準(zhǔn)確定位故障提供了重要消息（圖3）。該GA160 型雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)機(jī)頭噴油壓力起動保護(hù)設(shè)置為4.5 bar（0.45 MPa），故障時機(jī)頭噴油壓力反饋超過起動保護(hù)限制與信號延遲時間60 s，從而觸發(fā)故障停機(jī)。

圖3 趨勢曲線監(jiān)視

故障觸發(fā)條件已捕捉到，但是什么導(dǎo)致機(jī)頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當(dāng)，還需從雙螺桿式噴油空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析。從工作流程可以看到潤滑油壓力受最小壓力閥控制，它保證壓縮機(jī)的內(nèi)部油壓不低于3～4 bar（0.3～0.4 MPa），使壓縮機(jī)內(nèi)部潤滑油良好循環(huán)，并且最小壓力閥也有單向閥的作用，防止卸載時管網(wǎng)中的壓縮空氣倒流。而故障觸發(fā)正處于空氣壓縮機(jī)卸載時，此時壓縮室進(jìn)口節(jié)流閥處于卸載狀態(tài)，僅10%空氣流量吸入維持運(yùn)轉(zhuǎn)，最小壓力閥在彈簧力作用下應(yīng)關(guān)閉。但偶爾最小壓力閥在卸載時關(guān)閉不良，使管網(wǎng)中的壓縮空氣倒流，形成機(jī)頭噴油壓力陡然上升并與出口壓力相當(dāng)，進(jìn)而觸發(fā)機(jī)頭噴油壓力起動保護(hù)停機(jī)。將最小壓力閥拆機(jī)后更換故障排除。

4 結(jié)束語

偶發(fā)性故障是故障維修過程中難度較大的故障類型之一，它的出現(xiàn)可能幾小時、幾天甚至幾周一次。如果無法及時記錄設(shè)備關(guān)鍵檢測點(diǎn)故障發(fā)生時的狀態(tài)，確定故障原因和排除各種可能性將花費(fèi)大量的經(jīng)歷與時間。本次利用遠(yuǎn)程上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)WINCC 組態(tài)軟件變量記錄與趨勢曲線功能輔助故障診斷,對類似偶發(fā)故障處理有一定借鑒意義。