无油润滑空气压缩机故障分析及处理

Equipment Manufacturing Technology No.07，2019

0引言

某公司生产的LW-42/8型无油润滑空气压缩机

具有运转可靠、节能的特点。为了达到节能的目的，这一系列压缩机采用部分顶开吸气阀来调节气量，负荷控制逻辑次序是先同时顶开一二级轴侧吸气

阀，再顶开一二级盖侧吸气阀，实现0%、50%、100%的气量调节[1]。但在气量调节时主电机电流会产生波

动，特别是在50%负荷时，主电机超电流跳闸。为使机组正常运行，

不得不放弃了50%气量调节。本文从机组结构以及动力计算等方面进行分析，确定故障原因，寻求解决方案。

1原因分析

1.1结构

LW-40/8型无油润滑空气压缩机型式为L 型、二

级压缩、往复活塞式、气缸无油润滑，电机为14极异步电机，额定功率250kW ，转速422r/min ，电压380

V ，主机与电机刚性直联，

压缩机结构如图1所示。气体简易流程为：空气→进气消声器→一级气缸→中间冷却器→二级气缸→后冷却器→储气罐→

管网，如图2所示。

气量调节系统图如图3所示，气量调节过程如

下：当系统压力大于1.05倍排气压力时，轴侧电磁阀通电打开，一二级轴侧吸气阀停止进气，

此时为50%气量调节；假如系统压力继续上升，大于1.1倍排气压力时，盖侧电磁阀通电打开，顶开一二级盖侧吸气

阀，停止进气，此时为100%气量调节；同样地，当系统压力小于0.95倍排气压力时，轴侧电磁阀通电关

闭，一二级轴侧吸气阀打开，持续进气，此时为50%气量调节；假如系统压力继续下降，

小于0.9倍排气压力时，盖侧电磁阀通电关闭，一二级盖侧吸气阀打开，持续进气，

此时为100%气量调节。系统就是在0.9~1.1倍排气压力的状态下循环，

保持节能运行。无油润滑空气压缩机故障分析及处理

刘鹃1，何忠2

（1.广西科技大学鹿山学院，

广西柳州545000；2.柳州市城中区工商业联合会广西柳州545001）

摘

要：某公司生产的LW-42/8型无油润滑空气压缩机，采用部分顶开吸气阀的方式来调节进气量，从而实现节能目标，在半负荷调节时出现了主电机超电流跳闸的问题，从结构等方面对机器进行分析计算，确定故障原因，最终解决了问题。关键词：空气压缩机；气量调节；故障；分析；解决方案中图分类号：TH78

文献标识码：A

文章编号：1672-545X （2019）07-0194-03

收稿日期：2019-04-14

作者简介：刘鹃（1975-），女，广西柳州人，本科，高级工程师，研究方向：

产品设计与应用；何忠（1975-），男，广西富川人，

本科，经济师，研究方向：工业经济。

图1压缩机结构示意图

空气压缩机

联轴器

14极异步电机

图2气体简易流程图

管网

储

气罐

后冷却器

二级气缸

机身

中间冷却器一级

气缸

进气消声器

空气

图3气量调节系统图

二级盖侧气阀

一级轴侧气阀

一级盖侧气阀二级轴侧气阀

二级

气缸

压缩空气

压力调节器

盖侧电磁阀

轴侧电磁阀

一级气缸

故障诊断与维修

194

《装备制造技术》2019年第07期

1.2动力计算及确定飞轮矩

飞轮是在旋转运动中用于储存旋转动能的一种机械装置，是一个沿着固定轴旋转的轮子或圆盘，飞轮矩就是所储存的旋转动能。飞轮倾向于抵抗转速的改变，当动力源对旋转轴作用有一个变动的力矩时，或是应用在间歇性负载时，飞轮可以减小转速的波动，使旋转运动更加平顺。

经动力计算[1]，机组要求飞轮矩GD2≥440kg·m2（旋转不均匀度δ约为1/100），压缩机机组的飞轮矩由电机飞轮矩与主机飞轮矩两部分组成，电机厂提供的配套电机的转动惯量为J≈50kg·m2，则主电机飞轮矩GD2=4J≈200kg·m2，由于联轴器的直径较小（直径约为ϕ300），因此压缩机飞轮矩可忽略不计，实际飞轮矩只有200kg·m2，比机组要求的440 kg·m2少了240kg·m2。

1.3故障原因

压缩机若以电动机驱动，压缩机的切向力图即表示作用在电动机轴上的旋转阻力矩的变化，气量调节时压缩机会产生振动，由于气量突然变化，电机由匀速运行突然提速或降速，破坏了平稳运行的状态，速度变化使电流产生波动甚至超负荷（如速度变化太大），在50%气量调节时，转速瞬时变化最大，因此50%气量调节时电流最大。而飞轮作为一个储能的装置，在速度变化时释放能量，起到了缓冲速度变化、保持机组平稳的作用。机组的飞轮矩不够，则旋转阻力矩变化过大，会引起电动机中的电流波动和供电网中的电压波动[1]，从而破坏了电网和电动机的正常运行。

经分析认为，造成压缩机气量调节时主电机电流产生波动甚至超负荷跳闸故障的主要原因是机组的飞轮矩不够。压缩机机组的飞轮矩由电机飞轮矩与主机飞轮矩两部分组成，本机中主电机的飞轮矩仅为200kg·m2，而压缩机的飞轮矩又很小，整个机组的实际飞轮矩远达不到预期要求的440kg·m2。

往复压缩机飞轮矩与转速及旋转不均匀度的关系为

GD2=3600×△E/（n2×δ）[1]

一方面，飞轮矩与转速n的平方成反比，由于压缩机转速较低(422r/min)，转速低，对飞轮矩要求就大。另一方面，飞轮矩与转子旋转不均匀度δ成反比，传动方式为刚性联轴器或悬臂电机时允许的旋转不均匀度δ≤1/100。飞轮矩不够造成机器的旋转不均匀度δ增大(经计算旋转不均匀度δ约为1/45)，在运动部件上产生的附加动载荷，引起电机电流脉动。

而半负荷工况（50%气量调节）时转速瞬时变化最大，需要的能量最大，对压缩机机组的飞轮矩要求最高，因此在半负荷调节时会出现主电机超电流跳闸。

2解决办法

根据以上分析计算，机组飞轮矩不够，是造成压缩机气量调节时主电机电流产生波动故障的主要原因。解决故障最简单的办法是通过修改负荷控制逻辑将一、二级顶开吸气阀的次序改为一、二级同时顶开一个轴侧和一个盖侧，经过试验，速度变化较同时顶开一、二级轴侧吸气阀小，飞轮矩较原设计减少，

50%气量调节时电机不超负荷，但电机电流波动还是很大[2]。因此，要从根本上解决压缩机气量调节时主电机电流产生波动的问题，必须增加压缩机的飞轮矩。下面结合工程实际提供三种处理方案。

（1）方案一：设计新飞轮

本机为刚性直联，原联轴器的飞轮矩很小，可忽略不计，而机组现缺少的飞轮矩为240kg·m2，为满足机组所需飞轮矩，现设计大飞轮作为新联轴器（外圆直径约为ϕ900），使新联轴器的飞轮矩满足机组所缺少的飞轮矩240kg·m2。如图4所示。此方案可作为出厂机型的改造方案。

工程上应用如图5所示。

图5设计大飞轮作为联轴器的机

型

图4设计大飞轮作为联轴器

空气压缩机

联轴器

14极异步电机

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