空压机振动异常检测

总第189期2019年第1期

机械管理开发

MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT

Total189

No.1,2019

测试与诊断技术D01:10.16525/l4-1134/th.2019.01.048

空压机振动异常检测

肖龙

（大同煤矿集团同家梁矿，山西大同037003）

摘要:介绍了螺杆式空压机的使用方法及其工作原理，针对某故障空压机，采用频谱分析的方法，得到检测信

号结果并进行分析后，确认其故障源并加以排除，解决了空压机故障

关键词：螺杆式空压机频谱分析频域值

中图分类号:TH45文献标识码:A文章编号=1003-773X（2019）01-0114-02

引言

在煤矿开采中，特别是具有煤尘爆炸危险或高瓦斯的矿井中,对于压缩空气的合理使用,不仅能降低危险性,还能提高工作的效率。空压机是压缩空气的产生装置，空压机的运行状体直接影响到压缩空气的产出与采煤作业的进行。空压机在长期的工作过程中，会产生各种各样的故障，对于空压机的故障，研究其故障产生的原因与新的方法及其故障的排出，具有重要的应用。采用频谱分析法，对于动态信号进行检测是一种新型的方式，即系统的工作过程中，产生一系列的动态信号,利用传感器等方法采集系统的动态信号，频谱分析是对其进行处理，并以频域的形式表示，绘制系统的频谱曲线进行分析。频谱分析采集空压机振动信号，可以监测空压机的状态，判断空压机是否存在故障，从而可以建立空压机的监测系统，为空压机故障诊断提供依据。

1螺杆式空压机使用

容积型空压机广泛应用于煤矿开采作业中，依据气体的可压缩性，采用特定的装置压缩气体的容积,体积变小则单位体积的气体量增加,其压力值升高,从而产生高压气体,螺杆式空压机即是采用了相互啮合的螺旋杆实现对气体的压缩。

螺杆式空压机的结构在其机体内部，采用了平行布置的两个螺旋转子,两者之间相互啮合,两个螺旋转子间采用了凸齿及凹齿的结构，可称之为阳螺杆及阴螺杆,在转动过程中.两者对设置在机体端口吸气口进入的空气进行压缩，随着啮合过程的持续运行,压缩后的气体从机体另一端的排气口排出，实现压缩空气的持续输出切。

螺杆式空压机的结构决定了其在使用中有着明显的优点,主要体现在：可靠性高，其易损件使用较少,可以保证长时间稳定可靠的运行;便于操作，动

收稿日期:2018-06-13

作者简介：肖龙（1988—）,男，毕业于辽宁工程技术大学，助理工程师，从事煤炭机电设备的相关工作。平衡性好,尤其是对于双螺杆压缩机.其运行过程中惯性力始终处于平衡状态，利于保持系统长期稳定的运行。

2螺杆式空压机工作原理

螺杆式空气压缩机的工作过程，根据气体所处的状态不同，可以分为四个阶段，分别是吸气、封闭输送、压缩喷油以及排气过程。在系统的工作过程中，四个阶段连续循环，保证压缩气体的持续产岀図。具体如下：

2.1吸气过程

压缩机的吸气过程如图1所示，螺杆空压机靠入口处的自动调节阀来控制系统的进气，当主转子齿槽和空间转移到套管入口开放的最大空间，底部的转子齿槽空间和自由空间的入口是相互联系的，因为排气的齿槽全部排出，发泄完了，牙槽处于真空状态,外部空气吸入，沿着轴流式主旋翼和牙槽，当空气充满整个齿槽，转子的进气侧从进气底壳上转开，齿槽之间的空气关闭，即为“吸气过程”。

2.2封闭及输送过程

封闭及输送阶段如图2所示，当吸气过程结束后，转子的齿顶与套管之间形成密闭的空间，此时空气处于不流动的状态，即为封闭过程;随着转子转动过程的继续,端面不断移动，使得空气逐渐向岀气端移动,从而完成气体的传递过程。

图1吸气过程图2封闭过程

2.3压缩及喷油过程

在气体的输送过程中，随着转子的持续转动,啮合面在逐渐往出气口移动的过程中，使其与排气槽之间的空间越来越小，从而压缩封闭的气体,使得气体的压力值升高，即为气体的压缩过程。在转子转动

2019年第1期肖龙:空压机振动异常检测•115•

过程中，由于压力差的存在，为保证系统的顺利运

行，可向封闭气体中喷入一定量的润滑油，使得其与

空气一起压缩混合。

2.4排气过程

排气过程是气体压缩的最后阶段,此时转子内封

闭的气体压力值达到最大,转子持续转动，使得转子

表面与外壳之间没有间隙，气体被压缩排出，而此时

在吸气端，转子的表面与入口之间的空间达到最大

值，此时即开始吸气阶段与下一个压缩循环阶段。

3螺杆式空压机振动异常检测

空压机在使用过程中会出现振动异常、噪声增加的状况山,对于这些问题，本文采取频谱分析的方法对其进行检测,并根据检测结果分析解决措施。3.1信号采集

采用某故障空压机，其基本技术参数:运行功率

为55kW,系统的频率为50Hz,额定转速2900 r/min,螺杆槽数6,星轮齿数11。采用信号分析仪与放大器结合传感器对空压机进行信号采集，选取10个信号采集点，根据空压机结构形式,布置采集点的位置分别位于电动机机壳、两侧轴承杯、两侧机座及排气端盖上閃，采集点布置形式如图3所示。

根据空压机的技术参数,计算其相关参数如下曲:

振动频率f=n/60.

啮合频率f e=Zf.

星轮转动频率f^fjZ s.

式中:"为电机转速,r/min;乙为螺杆槽个数;Z*为星轮齿个数。

根据上式,计算可得啮合频率为289.8Hz,星轮转动频率为26.4Hz o

3.2检测信号结果分析

传感器对于完成信号的采集，分析数据进行处

理，得到频域图如图4所示。对于图中的频域值，我们可以将其与所给定的条件相对比分析，可知：27.33=26.4Hz,50.11=50Hz,300.66«289.8Hz。

根据结果分析，可以推断,螺杆频域值的变化反应螺杆有一定的振动，但是没有高阶频域值的出现，

因此可以判断，螺杆处没有明显的故障。图4中，除此之外岀现的频域值可以看作是其振动的载波频率是上述计算所得的啮合频率，而其调制信号的频率可以看作是星轮转动频率，两者相互作用形成螺杆的频谱曲线。

依据上述的推断过程，可以针对星轮的振动情况进行目的性的监测，数据分析显示左右两侧的振动情况不一致，且差异较大，左侧的星轮振幅明显大于右侧振幅。由此初步判定，左侧星轮的工作过程存在异常，需要进行进一步的分析，对其进行频谱分析，结果如图5所示。从图中可以看出，5.47Hz、21.78Hz为其初始频域值，以上述螺杆处的频域值作为基准,可以计算如下：5.47Hz=1/5x27.33Hz,

图5左星轮频域值

从上述计算过程中，对于产生的左侧星轮的频

域值，可以将其看作是其频谱曲线是以1/5星轮转动频率作为基频产生的高次谐频，即产生了高阶的振动，振动信号的异常值出现在了左侧星轮处，即故障源是左侧星轮处。

3.3故障诊断与解决

根据上述图4的分析，在运行过程中,螺杆存在一定的振动，但不存在高阶频域的出现，排除螺杆处故障源之外，在使用过程中，左星轮的频谱曲线出现了高阶的振动频谱，这说明振动问题应该是岀现在星轮上。对星轮的振动行程进行分析,以左侧星轮的可能性最大，对其进行频谱分析可知,其运行中,岀现1/5星轮转动频率为基频的高次谐频，可以确定左侧星轮即为振动异常的故障源。由于左右星轮的使用相差不大，两者的疲劳寿命一致，因此，左侧星轮的故障应为安装过程中的问题，经分析认为左侧星轮支撑轴存在松动饭。

根据判断结果,对空压机实际进行拆解,结果显示左侧星轮处的支撑松动，造成了空压机的振动异常。针对这一问题，对左侧星轮的支撑进行加固,保证轴承垫块的接触平整且接触面积（下转第125页

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