無油螺桿空壓機(jī)常見故障診斷及維護(hù)要點(diǎn)探析
更新時間：2023-06-28
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壓縮空氣系統(tǒng)是電廠最重要的公共系統(tǒng)之一，主要用戶包括儀表用、雜用、化水和除灰用壓縮空氣系統(tǒng)，對其質(zhì)量要求非常高?；鹆Πl(fā)電廠熱工自動化系統(tǒng)檢修運(yùn)行規(guī)程ＤＬ／Ｔ７７４－２００４第７.１.４節(jié)明確闡述儀用氣源儀器儀表所用壓縮空氣中的濕度是熱工監(jiān)督中的強(qiáng)檢項目，是保證全廠安全穩(wěn)定所必須控制的指標(biāo)。ＩＳＯ／ＤＰ８５７３／１８８對儀表用壓縮空氣的質(zhì)量等級提出要求，包含固體顆粒等級、含水量。ＧＢ／Ｔ１３２７７－９１一般用壓縮空氣質(zhì)量等級中規(guī)定，壓縮空氣品質(zhì)應(yīng)符合露點(diǎn)、含塵量、含油量等要求。如作為空壓制氮系統(tǒng)的汽源，對壓縮空氣等級要求更高。因此，干式無油螺桿空壓機(jī)因其自身特點(diǎn)在電廠中得到越來越多的應(yīng)用。空壓機(jī)是壓縮空氣系統(tǒng)的核心設(shè)備。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同，可分為容積式和動力式兩大類，其中容積式空壓機(jī)又可細(xì)分為往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式空壓機(jī)［１］。無油螺桿空壓機(jī)是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體壓縮依靠容積變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助機(jī)殼內(nèi)的一對轉(zhuǎn)子作回轉(zhuǎn)運(yùn)動來達(dá)到。與往復(fù)式空壓機(jī)相比，它具結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易損件少、日常維護(hù)簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。與動力式空壓機(jī)中常見的離心式相比，它具有強(qiáng)制輸氣，輸氣量不受排氣壓力影響，寬負(fù)荷工況范圍內(nèi)仍可保持較高效率，且動平衡特性優(yōu)異等特點(diǎn)。同時，螺桿式空壓機(jī)缺點(diǎn)在于其轉(zhuǎn)動部件修復(fù)、更換費(fèi)用較高。目前除少數(shù)廠家提供無油主機(jī)維修之外，大多數(shù)要求直接更換主機(jī)，費(fèi)用較高。針對空壓機(jī)維保領(lǐng)域?qū)I(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn)，設(shè)備使用單位過度依賴設(shè)備廠代、廠外專業(yè)維保人員，造成設(shè)備運(yùn)維成本過高、發(fā)現(xiàn)和處理問題不及時。為從根本上避免空壓機(jī)運(yùn)行事故，生產(chǎn)單位需要自身培養(yǎng)具備一定經(jīng)驗的運(yùn)維人員進(jìn)行空壓機(jī)維護(hù)。本文以美國壽力公司ＤＳ－２５０ＷＣ型干式無油雙螺桿壓縮機(jī)為例，介紹其組成、工作原理、常見故障診斷及預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)注意事項。電廠運(yùn)維人員掌握上述要點(diǎn)，對降低電廠運(yùn)維成本，提高關(guān)鍵設(shè)備可靠性，可起到積極意義。壽力ＤＳ－２５０ＷＣ型為全罩式動力用、兩級壓縮、干式無油、水冷、變頻電動機(jī)驅(qū)動的低噪聲固定式螺桿壓縮機(jī)。由主機(jī)總成、進(jìn)氣系統(tǒng)、冷卻及消聲系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、真空引射系統(tǒng)構(gòu)成。主要設(shè)備由壓縮主機(jī)、電動機(jī)、中間冷卻器、油冷卻器、后冷卻器，油泵，油箱和機(jī)組底座等零部件組成，被封閉在隔聲罩內(nèi)。無油螺桿空壓機(jī)的核心是壓縮主機(jī)。為了提高整機(jī)壓縮效率，降低過程壓縮溫度，壓縮主機(jī)在設(shè)計上采用兩級壓縮。以其中高壓級為例，介紹高壓部分組成。主機(jī)殼體中平行地配置一對相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子，稱為陽轉(zhuǎn)子或陽螺桿。把節(jié)圓內(nèi)具有凹齒的轉(zhuǎn)子，稱為陰轉(zhuǎn)子或陰螺桿。每根轉(zhuǎn)子的橫截面都有不同形狀和數(shù)量的“齒"、“凹槽"，分別有４個、６個齒。在同步齒輪的帶動下，每個旋轉(zhuǎn)周期陽轉(zhuǎn)子進(jìn)行６次旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子進(jìn)行４次旋轉(zhuǎn)。在主機(jī)殼體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。一個供吸氣用，稱為進(jìn)氣口；另一個供排氣用，稱作排氣口。工作區(qū)域是陽轉(zhuǎn)子和陰轉(zhuǎn)子之間的葉間體積。它在進(jìn)氣口較大，并沿轉(zhuǎn)子的軸向長度逐漸減小，直到排氣口，這種體積變化促成空氣被壓縮過程。轉(zhuǎn)子經(jīng)過二十幾道工序精加工和裝配，使轉(zhuǎn)子線型和轉(zhuǎn)子之間間隙達(dá)到高的精確度和持久性。轉(zhuǎn)子表面涂有特氟龍，起到預(yù)防金屬轉(zhuǎn)子腐蝕的作用。主機(jī)內(nèi)部裝有抗磨滾動軸承和精密齒輪，由主機(jī)潤滑油潤滑。其中，徑向軸承使轉(zhuǎn)子保持徑向精準(zhǔn)定位，并在做功過程中承受壓縮空氣轉(zhuǎn)遞給轉(zhuǎn)子的徑向力，保證陰陽轉(zhuǎn)子的同軸度和間隙。主機(jī)非驅(qū)動端，陰轉(zhuǎn)子通過正時齒輪被陽轉(zhuǎn)子帶動。主機(jī)驅(qū)動端，陽轉(zhuǎn)子通過增速齒輪與空壓機(jī)主軸連接。陰陽轉(zhuǎn)子上的最后一對軸承可實現(xiàn)軸向定位功能，承受做功過程中的軸向力。如圖１所示。壓縮室與軸承間采用四道氣封和迷宮油封以減少機(jī)頭漏氣并確保潤滑油與壓縮腔之間不會串通。２.１.２ 進(jìn)氣系統(tǒng)及功能描述進(jìn)氣系統(tǒng)包括空氣過濾器（以下簡稱“空濾"），進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥，放空消聲器等。環(huán)境空氣經(jīng)空濾過濾后，潔凈空氣從進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)。調(diào)節(jié)閥為緊湊設(shè)計的蝶閥，既控制壓縮機(jī)的進(jìn)氣，同時可以在卸載時放空壓縮機(jī)內(nèi)部的壓力。進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥由一個兩位三通電磁閥控制。當(dāng)啟動空壓機(jī)時，電磁閥不得電，蝶閥處于關(guān)閉位置，從而實現(xiàn)壓縮機(jī)輕載起動。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近其額定轉(zhuǎn)速時（約幾秒鐘后），控制器控制電磁閥得電，進(jìn)氣蝶閥打開，同時關(guān)斷放空管路，壓縮機(jī)的壓力被迅速建立。壓縮機(jī)正常運(yùn)行。當(dāng)壓縮空氣需求量低于其額定排氣量時，排氣管路中的壓力逐漸升高，當(dāng)壓力達(dá)到控制器設(shè)定的卸載壓力時，控制器控制電磁閥失電，進(jìn)氣閥蝶閥在彈簧力作用下關(guān)閉，同時放空閥打開，壓縮機(jī)泄載運(yùn)行。壓縮機(jī)重新加載至滿載運(yùn)行。停機(jī)時，當(dāng)按下停機(jī)按鈕后，控制器會立即控制電磁閥失電，進(jìn)氣閥關(guān)閉同時放空閥打開，內(nèi)部壓縮空氣被放空。冷卻及消聲系統(tǒng)主要由中間冷卻器，排氣消聲器，排氣止回閥，后（部）冷卻器及冷凝水分離器等組成。空氣在主機(jī)腔室內(nèi)被壓縮過程中產(chǎn)生大量熱量。從一級主機(jī)排出的高溫壓縮空氣經(jīng)過中間冷卻器冷卻并分離其中的冷凝水后，再被送入到二級主機(jī)。從二級主機(jī)出來的高溫壓縮空氣經(jīng)過排氣消音器、止回閥進(jìn)入后冷卻器冷卻，冷卻后經(jīng)過水分離器分離其中的液態(tài)冷凝水，再進(jìn)入壓縮空氣管網(wǎng)。螺桿式空壓機(jī)轉(zhuǎn)速較高，運(yùn)行噪聲較大，經(jīng)二級主機(jī)壓縮后的空氣進(jìn)入消聲器，起到降低噪聲作用。出口排氣止回閥作用是在啟動時將空壓機(jī)與壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)隔離，確?？諌簷C(jī)空載起動。停機(jī)時阻止壓縮空氣管網(wǎng)內(nèi)的壓縮空氣倒流入空壓機(jī)，實現(xiàn)對壓縮機(jī)的卸載控制。潤滑系統(tǒng)主要由獨(dú)立油泵，油箱，油冷卻器，油過濾器，油呼吸器等組成。主機(jī)內(nèi)壓縮空氣與潤滑油之間不接觸，但其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪與軸承是靠潤滑油進(jìn)行潤滑的。壓縮機(jī)啟動前，首先啟動油泵，在一定時間內(nèi)，系統(tǒng)自動檢查潤滑油壓力達(dá)到要求后，控制器再啟動主電機(jī)。確保主機(jī)起動前，各部位所需潤滑油已提前供應(yīng)。在主機(jī)停機(jī)后，油泵仍會持續(xù)運(yùn)行一段時間，繼續(xù)起到冷卻降溫作用，延長部件使用壽命。當(dāng)油壓過高時，油泵內(nèi)置的泄壓閥會將潤滑油直接旁路到油泵的進(jìn)油側(cè)。油泵進(jìn)油側(cè)有前置過濾器，確保較大顆粒雜質(zhì)被分離后潤滑油才會被吸入油泵。從油泵出來的潤滑油經(jīng)過冷卻器冷卻，再經(jīng)過油過濾器過濾后，被引至壓縮機(jī)主機(jī)的各個潤滑點(diǎn)，之后回到油箱。采用真空引射器對油箱抽負(fù)壓，油箱與軸承和齒輪潤滑處相通，主機(jī)軸承與齒輪處形成負(fù)壓，從而隔離兩級主機(jī)壓縮空氣與潤滑油側(cè)，確保壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮空氣無油。真空引射器有３個接口，少量的經(jīng)過冷卻及冷凝水分離的壓縮空氣，從排氣管處引入，經(jīng)過控制管路過濾器過濾，再經(jīng)過減壓閥降壓后作為一次流體接入引射器進(jìn)口，油箱頂部的氣體（含有少量的潤滑油）經(jīng)過油精密過濾器過濾后接入引射器作為二次流體，干凈無油的空氣通過引射器出口直接排入大氣。通過調(diào)節(jié)一次流體進(jìn)氣壓力來保證油箱內(nèi)產(chǎn)生微負(fù)壓。陰陽轉(zhuǎn)子與機(jī)殼內(nèi)表面形成封閉的壓縮腔，壓縮腔的容積從吸入口沿軸向不斷減小，螺桿空壓機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，腔內(nèi)被封閉的空氣的壓力不斷升高，最終與機(jī)殼的排氣口相通，壓縮空氣被排出。其工作原理由吸氣、壓縮、排氣過程組成。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進(jìn)氣端壁開口時空間最大，此時轉(zhuǎn)子齒溝空間與進(jìn)氣口的相通，因在排氣時齒溝的氣體被排出，排氣完成時，齒溝處于真空狀態(tài)，當(dāng)轉(zhuǎn)至進(jìn)氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進(jìn)入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當(dāng)氣體充滿了整個齒溝時，轉(zhuǎn)子進(jìn)氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機(jī)殼進(jìn)氣口，抽吸過程結(jié)束。陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會與機(jī)殼封閉，此時氣體在齒溝內(nèi)不再外流。嚙合面逐漸沿轉(zhuǎn)子軸向朝排氣端移動。嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸減小，齒溝內(nèi)氣體被壓縮，壓力提高，一直持續(xù)到齒間容積對與排氣口連通。當(dāng)轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與排氣口相通時，氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼排氣口的齒溝空間為０，即完成排氣過程，與此同時轉(zhuǎn)子的嚙合面與機(jī)殼進(jìn)氣口之間的齒溝長度又達(dá)到最長，進(jìn)氣過程又再一次進(jìn)行。外部冷卻水用戶有３個，分別是（一級、二級）主機(jī)出口空氣冷卻器、空壓機(jī)機(jī)頭冷卻、潤滑油冷油器。溫度異常報警時原因查找，在排除熱工測點(diǎn)異常后，需從冷源和熱源的角度同時分析。作為冷源，當(dāng)外部冷卻水出現(xiàn)異常時，將可能導(dǎo)致以下故障報警，溫度報警監(jiān)測點(diǎn)及相應(yīng)位置如圖２所示。３.１.１ 一、二級主機(jī)出口溫度高報警Ｔ１、Ｔ２一級（低壓級）主機(jī)出口溫度Ｔ１數(shù)值由空濾前空氣進(jìn)氣溫度及一級主機(jī)工作狀態(tài)決定?？諡V前進(jìn)氣溫度允許范圍在工程設(shè)計階段設(shè)備選型時已提前確定，當(dāng)空壓機(jī)入口吸入空氣溫度在正常值范圍內(nèi)，Ｔ１受一級主機(jī)工作狀態(tài)決定。一級主機(jī)工作狀態(tài)主要包括空壓機(jī)實際轉(zhuǎn)速及其壓縮做功產(chǎn)熱量、冷卻水夾套實際冷卻效果。進(jìn)一步分析，當(dāng)空壓機(jī)轉(zhuǎn)速在額定范圍內(nèi)時，Ｔ１受一級主機(jī)冷卻水夾套冷卻能力影響。二級（高壓級）主機(jī)出口溫度Ｔ２由二級主機(jī)入口溫度Ｔ４及二級主機(jī)工作狀態(tài)決定。當(dāng)Ｔ４溫度在正常設(shè)計要求范圍，且空壓機(jī)轉(zhuǎn)速在額定范圍內(nèi)時，Ｔ２溫度受二級主機(jī)冷卻水夾套冷卻能力影響。３.１.２ 中間冷卻器出口Ｔ４、后冷卻器出口Ｔ５高報警中間冷卻器出口溫度Ｔ４由中間冷卻器入口溫度Ｔ１和中間冷卻器冷卻效果共同決定。后冷卻期出口溫度Ｔ５由后冷卻器入口溫度Ｔ２和后冷卻器冷卻效果共同決定。當(dāng)中間冷卻器或后冷卻器入口溫度均在正常設(shè)計范圍內(nèi)時，冷卻器出口溫度由冷卻器本身換熱效果所決定。潤滑油冷油器出口溫度Ｔ３由潤滑油冷油器入口油溫及冷油器實際換熱效果所決定。當(dāng)Ｔ３超溫報警時，首先檢查冷油器入口溫度，即潤滑油回油箱內(nèi)溫度。當(dāng)冷油器入口油溫在正常設(shè)計范圍內(nèi)時，流經(jīng)換熱器的冷卻水流量及換熱系數(shù)將決定實際出口溫度。通過以上分析可知，當(dāng)供給空壓機(jī)的外部冷卻水系統(tǒng)參數(shù)出現(xiàn)異常時，必然引起空壓機(jī)各冷卻用戶出現(xiàn)冷卻功能異常，進(jìn)而引起Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４超溫報警。供給空壓機(jī)的外部冷卻水主要參數(shù)包括冷卻水供水流量、供水溫度、供水化學(xué)品質(zhì)。實際供水流量檢查校驗通過讀取每臺空壓機(jī)前冷卻水供水管道壓力測量點(diǎn)示數(shù)，與設(shè)備廠家規(guī)定設(shè)計范圍進(jìn)行對比，同時可通過檢驗空壓機(jī)冷卻水出入口管道溫升進(jìn)行檢驗，例如ＤＲ－２５０ＣＷ 型規(guī)定冷卻水溫升小于１５℃。實際供水溫度應(yīng)小于空壓機(jī)廠家規(guī)定設(shè)計溫度上限，可通過冷卻水系統(tǒng)測點(diǎn)參數(shù)讀取校驗。例如ＤＲ－２５０ＣＷ型規(guī)定冷卻水進(jìn)水溫度不應(yīng)超過３２℃。實際供水品質(zhì)對空壓機(jī)各冷卻用戶換熱效果的影響體現(xiàn)在降低換熱系數(shù)。當(dāng)冷卻水水質(zhì)不合格時，將造成各換熱器水側(cè)表面結(jié)垢，增大傳熱熱阻，換熱能力隨時間發(fā)展和實際結(jié)垢程度緩慢下降。因此，空壓機(jī)運(yùn)行階段，應(yīng)定期對冷卻水水質(zhì)進(jìn)行取樣化驗。ＤＲ－２５０ＷＣ型對冷卻水要求如下表２所示。機(jī)頭抱死是空壓機(jī)運(yùn)行惡性事故，輕者更換部分零配件，嚴(yán)重時報廢整機(jī)更換，消耗大量時間和物力成本。為保證較高的工作效率，主機(jī)內(nèi)部部件之間設(shè)計精確的配合間隙。結(jié)構(gòu)設(shè)計上配置徑向支撐軸承、軸向推力軸承、齒輪，可起到維持動靜間隙的作用，即陰／陽轉(zhuǎn)子之間、轉(zhuǎn)子與密封腔室之間、端部密封動靜間隙、傳動齒輪嚙合間隙。保持動靜部分之間合理間隙，既是做功效率的保證，也是安全保證。因此，當(dāng)軸承或齒輪出現(xiàn)異常故障，失去精準(zhǔn)定位功能后，動靜間隙必然發(fā)生變化，進(jìn)而造成碰磨。從結(jié)構(gòu)上推導(dǎo)，造成軸承或齒輪工作異常的原因可從軸、軸承、潤滑油３個方面入手查找。轉(zhuǎn)子原始不平衡力較小是螺桿式空壓機(jī)自身特點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子表面涂層具有預(yù)防轉(zhuǎn)子腐蝕的功能。因此，只有當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺桿表面涂層損傷失效時，才能造成轉(zhuǎn)子撓性增大，繼而造成轉(zhuǎn)子間直接互相摩擦或轉(zhuǎn)子振動增大。空壓機(jī)停機(jī)后，做功腔室溫度下降，冷凝露形成，如果未及時采取有效措施，冷凝液將侵蝕轉(zhuǎn)子表面，導(dǎo)致涂層脫落。因此，引進(jìn)并正確投入停機(jī)反吹裝置［２］，阻止冷凝液在轉(zhuǎn)子表面積聚，減少冷凝液對轉(zhuǎn)子涂層的腐蝕，可延長涂層使用壽命，防止轉(zhuǎn)子被進(jìn)一步腐蝕造成轉(zhuǎn)子不平衡力增大，尤其沿海發(fā)電廠［３］，空氣相對潮濕，海風(fēng)中的鹽很容易引起涂層腐蝕脫落。空濾是阻止外來異物的第一道屏障。當(dāng)濾網(wǎng)變薄或破損時，異物將由此進(jìn)入空氣壓縮通道，造成螺桿瞬間卡澀抱死。日常生產(chǎn)中，應(yīng)將空濾檢查列為定期工作，每１０００ｈ檢查空濾清潔度。如果當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量較差，應(yīng)視情況增加保養(yǎng)頻率。保養(yǎng)空濾時用低于５ｋｇ的壓縮空氣自內(nèi)向外沿斜角方向吹氣，吹口離濾芯內(nèi)表面１０ｍｍ左右，自上而下沿圓周進(jìn)行，吹掃要點(diǎn)在于整個過程中吹掃力不宜過小或過大。空濾清理次數(shù)不應(yīng)超過３次，因此最多每隔４０００ｈ更換一次空濾。軸承性能受正常機(jī)械磨損老化的影響。需要定期化驗潤滑油回油箱油質(zhì)，記錄、跟蹤機(jī)械雜質(zhì)含量，超標(biāo)時使用外置式濾油機(jī)過濾掉機(jī)械雜質(zhì)，防止軸承部件磨損加劇，最后造成軸承配合間隙超出公差標(biāo)準(zhǔn)。此外，異常振動傳導(dǎo)是導(dǎo)致軸承或齒輪故障失效的主要原因，其典型特征是故障發(fā)生需要經(jīng)歷時間發(fā)展過程，即起初振動超標(biāo)，隨后逐漸增大，發(fā)展到一定程度后陰陽轉(zhuǎn)子磨損、端部氣封磨損、油封磨損，甚至工作腔室高溫壓縮空氣竄入回油管路，造成潤滑油超溫沸騰、油箱呼吸器冒油氣等異常征兆，最后轉(zhuǎn)子抱死。無論在機(jī)組大、小修之后還是在日常生產(chǎn)階段，都應(yīng)實施振動監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常，采取消振措施。現(xiàn)場測振應(yīng)分別選擇在主軸兩端、一／二級主機(jī)陰／陽螺桿兩端共１０處位置，對水平、垂直、軸向３個方向進(jìn)行全面測量、記錄和對比，見圖３所示?？諌簷C(jī)配套電機(jī)，選取驅(qū)動端和非驅(qū)動端２處，對３個方向進(jìn)行測量?？諌簷C(jī)主機(jī)及配套電機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)［４］詳見表３。 ?。ǎ保┮?、二級壓縮主機(jī)是干式無油螺桿式空壓機(jī)核心部件，進(jìn)汽過濾、冷卻消音、潤滑、抽真空等系統(tǒng)是輔助工藝。理解并掌握工藝流程是故障原因分析、故障預(yù)防的基礎(chǔ)。（２）外部冷卻水參數(shù)異常是空壓機(jī)超溫報警的主要外部因素，軸承或齒輪失去精準(zhǔn)定位功能是空壓機(jī)抱死的直接原因。（３）干式無油螺桿式空壓機(jī)使用過程中維護(hù)簡單方便，但是主機(jī)零部件維修費(fèi)用高昂。除了做好定期檢查“三濾"等預(yù)防性檢修工作外，每天應(yīng)格外重視冷卻水監(jiān)視、振動監(jiān)測是防止出現(xiàn)嚴(yán)重故障，降低糾正性維修成本的關(guān)鍵。
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