chap4-往復(fù)壓縮機(jī)的故障分析和管道振動(dòng)

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)1

往復(fù)壓縮機(jī)的故障類型

熱力學(xué)參數(shù)異常

主要零部件故障

振動(dòng)異常示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量與故障分析

氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)22023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)32023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)42023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)5

壓縮機(jī)故障一般都是在設(shè)計(jì)、制造、安裝和操作中產(chǎn)生的問題。曾有人對(duì)某化工廠使用的往復(fù)式壓縮機(jī)故障率進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)屬于設(shè)計(jì)缺陷產(chǎn)生的故障僅占6%；屬于零件制造質(zhì)量低劣的故障占46%；屬于不遵守操作規(guī)程造成的故障占40%；屬于安裝檢修質(zhì)量不符合要求的故障占8%。往復(fù)式壓縮機(jī)的故障種類雖多，但從反映故障狀態(tài)的監(jiān)測(cè)參數(shù)（征兆參數(shù)）上可分為兩大類：一類故障征兆表現(xiàn)在機(jī)器的熱力參數(shù)變化上，如機(jī)器的排氣量變化，吸、排氣壓力變化，各部分溫度變化以及油路、水路故障所表現(xiàn)出來的熱力參數(shù)變化。另一類故障征兆表現(xiàn)在機(jī)器的動(dòng)力性能參數(shù)變化上，如壓縮機(jī)主要零部件的缺陷、磨損、損壞和斷裂故障所表現(xiàn)出來的機(jī)器振動(dòng)和不正常聲音，還有各種原因引發(fā)的管道振動(dòng)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)61.傳遞動(dòng)力部分—曲軸、連桿、十字頭、活塞銷、活塞等零部件的故障。2.氣體的進(jìn)出及其密封部分—?dú)飧?、進(jìn)氣和排氣閥門、彈簧、閥片、活塞環(huán)、填料函及排氣量調(diào)節(jié)裝置等部分的故障。3.輔助部分—包括水、氣、油三路的各種冷卻器、緩沖器、分離器、油泵、安全閥及各種管路系統(tǒng)方面的故障。4.缸體，基礎(chǔ)和支承等固定件故障。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)74.1往復(fù)式壓縮機(jī)的故障類型與故障原因4.1.1壓縮機(jī)熱力參數(shù)異常及其故障原因吸、排氣壓力不正常

吸氣壓力低吸氣壓力高排氣壓力低排氣壓力高壓力不穩(wěn)定溫度不正常

吸氣溫度高排氣溫度高氣缸過熱軸承過熱活塞桿過熱曲軸兩端蓋發(fā)熱

排氣量降低壓縮機(jī)的各級(jí)吸氣閥漏氣氣缸內(nèi)泄漏與外泄漏吸氣受阻系統(tǒng)外泄漏冷卻器效率低壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速降低

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)8氣閥故障往復(fù)式壓縮機(jī)有60%以上的故障發(fā)生在氣閥上，據(jù)某石化公司煉油廠對(duì)循環(huán)氫壓縮機(jī)的故障統(tǒng)計(jì)，氣閥故障引起的停機(jī)次數(shù)占總停機(jī)次數(shù)的85%以上。氣閥一旦發(fā)生故障，馬上影響壓縮機(jī)的產(chǎn)氣量，降低效率，浪費(fèi)能源。閥件破損后碎塊落入氣缸，引起氣缸拉毛，活塞和活塞環(huán)損壞，帶來更為嚴(yán)重的問題。

疲勞破壞——由于閥片承受著頻繁的撞擊載荷和彎曲交變載荷，閥片容易產(chǎn)生疲勞破壞。閥片磨損——環(huán)狀閥片與導(dǎo)向塊工作面之間產(chǎn)生的摩擦磨損，可減弱閥片強(qiáng)度，降低使用壽命。閥片材料缺陷——材料夾渣、夾層、裂紋等缺陷引起閥片應(yīng)力集中。介質(zhì)腐蝕——壓縮介質(zhì)本身有腐蝕性或介質(zhì)中含有水份，工作時(shí)沖刷閥片，破壞閥片表面保護(hù)膜，在閥片局部地方出現(xiàn)腐蝕麻點(diǎn)和空洞，引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生腐蝕疲勞破壞。

閥片損壞4.1.2壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)9彈簧變形時(shí)與彈簧孔壁發(fā)生摩擦磨損，強(qiáng)度下降而斷裂彈簧從閥片全閉到全啟，其載荷由預(yù)壓縮力變化到最大壓縮力，承受脈動(dòng)循環(huán)載荷，引起疲勞破壞介質(zhì)對(duì)彈簧表面腐蝕，產(chǎn)生麻點(diǎn)、凹坑，引起應(yīng)力集中，加速彈簧疲勞破壞材質(zhì)不符合要求，彈簧的加工、熱處理有缺陷氣閥彈簧損壞

4.1.2壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)104.1.2壓縮機(jī)主要零部件的機(jī)械故障閥座密封面不平，表面粗糙度達(dá)不到要求密封面被碰傷閥片變形、破裂閥隙通道有異物卡住氣體溫度高，潤(rùn)滑油易變成碳渣卡住封面。石油氣壓縮機(jī)，溫度和壓力越高，聚合物積碳越嚴(yán)重，碳渣粘著在閥片和閥座上，使氣閥漏氣彈簧力過小彈簧端面與軸線不垂直閥座、閥片嚴(yán)重磨損氣閥漏氣2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)11活塞桿斷裂

往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞桿斷裂事故也較常見，據(jù)報(bào)導(dǎo)約占重大事故的25%左右，活塞桿斷裂，不僅損壞活塞和氣缸，而且還由于其它零部件的連鎖性破壞，使易燃、易爆或有毒氣體向外泄漏，帶來人員傷亡、生產(chǎn)裝置毀壞等一系列嚴(yán)重事故?；钊麠U發(fā)生斷裂的地方多數(shù)是在活塞連接處與十字頭連接處，其原因一般是：（1）活塞桿的螺紋由于螺紋牙型圓角半徑小，應(yīng)力集中嚴(yán)重，容易在循環(huán)載荷下產(chǎn)生裂紋和斷裂。因此對(duì)大型壓縮機(jī)須用滾壓加工，用以消除應(yīng)力集中。（2）退刀槽、卸荷槽、螺紋表面的粗糙度達(dá)不到要求，容易產(chǎn)生表面裂紋。（3）活塞桿的材質(zhì)和熱處理有問題，例如存在粗晶、魏氏體組織、偏析以及強(qiáng)度和塑性不符合要求。（4）連接螺紋松動(dòng)或連接螺紋的預(yù)緊力不足。（5）某一級(jí)因其他故障原因而嚴(yán)重超載。（6）活塞桿跳動(dòng)量過大。（7）工藝氣體腐蝕。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)12連桿螺栓斷裂

連桿螺栓在工作時(shí)承受很大的交變載荷和幾倍于活塞力的預(yù)緊力，因此對(duì)它不僅要求具有足夠的靜強(qiáng)度，更重要的是要有較高的耐疲勞能力。對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀、應(yīng)力集中情況和裝配精度等方面都有嚴(yán)格要求。連桿螺栓斷裂的原因有：（1）連桿螺栓擰得太緊或太松。擰得太緊，螺栓承受過大拉力而折斷；寧得太松，工作時(shí)螺母松動(dòng)，連桿大頭瓦在連桿體內(nèi)晃動(dòng)，螺栓承受過大的沖擊力而折斷。（2）開口銷折斷引起連桿螺栓松動(dòng)、斷裂。（3）連桿螺栓疲勞斷裂。（4）連桿螺栓的材質(zhì)、鍛壓、熱處理、加工、探傷和裝配有問題。（5）連桿大頭瓦過熱，活塞卡住或超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，連桿螺栓因承受過大應(yīng)力而折斷。（6）運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)故障，對(duì)連桿螺栓產(chǎn)生較大沖擊載荷。（7）長(zhǎng)期使用達(dá)5000～8000小時(shí)，未對(duì)連桿螺栓進(jìn)行磁粉探傷和殘余變形測(cè)量。如果螺栓有萬分之一以上殘余變形者均應(yīng)報(bào)廢。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)13曲軸斷裂曲軸承受較大的交變載荷和摩擦磨損，對(duì)疲勞強(qiáng)度和耐磨性要求較高。曲軸多數(shù)發(fā)生拐臂處斷裂，曲軸斷裂的原因有：（1）壓縮機(jī)地基與電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，使聯(lián)軸器嚴(yán)重不對(duì)中，曲軸承受巨大的附加載荷。（2）壓縮機(jī)超載或在緊急停機(jī)時(shí)產(chǎn)生的劇烈沖擊。（3）安裝不正確或工作中氣缸軸線發(fā)生變化，與曲軸軸線不垂直，使曲軸承受附加彎矩。（4）軸瓦在曲軸上裝配不良，支承面貼合不均，間隙過小，軸承發(fā)熱，軸頸拉溝、咬住或彎曲變形。（5）軸頸與曲拐過渡圓角是最嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)，該處最容易發(fā)生疲勞斷裂。圓角半徑一般取r=(0.05～0.09)d(d為曲拐銷直徑)，其表面粗糙度不大于0.4。（6）設(shè)計(jì)不合理、材質(zhì)不良、熱處理不合要求，探傷不及時(shí)等2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)14活塞卡住、咬住或撞裂（1）潤(rùn)滑油質(zhì)量低劣，注油器供油中斷，發(fā)生干摩擦，因摩擦發(fā)熱，阻力增大被卡住、咬住。（2）氣缸冷卻水供應(yīng)不足，或氣缸過熱狀態(tài)下突然通冷卻水強(qiáng)烈冷卻，使氣缸急劇收縮（抱缸），把活塞咬住。（3）氣缸帶液（例如，制冷壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)器中的液體造成“沖缸”；壓縮機(jī)吸入氣體太潮濕，氣體被壓縮后有水份析出，發(fā)生氣缸“水擊”），可撞裂活塞，甚至擊破氣缸。（4）氣缸與活塞間隙太小。（5）氣缸內(nèi)掉入活塞螺母、氣閥碎片等堅(jiān)硬物，活塞撞擊時(shí)碎裂。（6）活塞材質(zhì)不良、鑄件質(zhì)量低劣，強(qiáng)度達(dá)不到要求。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)154.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)之外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機(jī)和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)窳压艿?。壓縮機(jī)機(jī)體振幅的大小與機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。我國(guó)現(xiàn)行《往復(fù)式壓縮機(jī)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)》標(biāo)準(zhǔn)（GB/T7777-87）是通過對(duì)壓縮機(jī)機(jī)體外表面不同高度和不同方向上（X、Y、Z三個(gè)方向）進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，取其最大的振動(dòng)速度有效值作為壓縮機(jī)振動(dòng)烈度的評(píng)定值。壓縮機(jī)按不同結(jié)構(gòu)型式分為四類，各類壓縮機(jī)的振動(dòng)烈度不允許超過中規(guī)定的極限值。對(duì)于天然氣工業(yè)用的壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)則以美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API618為基礎(chǔ)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)164.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析往復(fù)式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力分析2.曲柄連桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)慣性力和往復(fù)慣性力

1.活塞的位移、速度和加速度

一階往復(fù)慣性力:

二階往復(fù)慣性力:

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)174.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析往復(fù)式壓縮機(jī)由于存在旋轉(zhuǎn)慣性力、往復(fù)慣性力及力矩，將會(huì)引起機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)。除了這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)之外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于間歇性吸氣和排氣，氣流的壓力脈動(dòng)還會(huì)引起管路振動(dòng)。如果氣流脈動(dòng)頻率恰好與氣柱或管道自振頻率相同，就會(huì)產(chǎn)生管道共振，這種共振將帶來嚴(yán)重的后果，不僅引起壓縮機(jī)和基礎(chǔ)、管道各連接部分松動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)窳压艿?。上述這些振動(dòng)問題往往是設(shè)計(jì)、制造中產(chǎn)生的。另外，往復(fù)式壓縮機(jī)由于安裝和操作不當(dāng)也會(huì)帶來一些故障振動(dòng)問題。經(jīng)?？赡馨l(fā)生振動(dòng)的部位和原因：1.振動(dòng)故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)184.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1.振動(dòng)故障①氣缸與底座調(diào)整不良，連接螺栓松動(dòng)②氣缸與活塞環(huán)磨損或間隙太大③氣缸余隙太小，活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中碰撞閥座，發(fā)出沉悶的金屬撞擊聲和振動(dòng)④活塞和閥座上的螺栓螺母因松動(dòng)而落入氣缸，發(fā)生敲擊振動(dòng)⑤氨制冷壓縮機(jī)和臨界溫度較低的氣體容易發(fā)生氣缸帶液，在氣缸內(nèi)發(fā)生液體沖擊⑥壓縮機(jī)運(yùn)行中曾中斷供水，閥門、缸壁、活塞溫度迅速上升，在高溫下突然通入冷卻水冷卻氣缸，使缸壁驟然冷卻而抱住活塞，產(chǎn)生很大振動(dòng)，甚至嚴(yán)重?fù)p壞缸體和活塞氣缸振動(dòng)2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)194.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1.振動(dòng)故障機(jī)體振動(dòng)①往復(fù)慣性力和力矩沒有平衡好②曲軸中心線與機(jī)身滑道中心線不垂直③對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)機(jī)身的主軸承不同心，機(jī)身水平度不符合要求④地腳螺松松動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件連接不牢，基礎(chǔ)剛性不好，底座不均勻下沉⑤聯(lián)軸器對(duì)中不良，或機(jī)體基礎(chǔ)與電動(dòng)機(jī)底座不均勻下沉⑥主軸承間隙過大或軸瓦磨損⑦連桿大頭和曲拐銷之間間隙過大，曲拐銷向反方向運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)大頭瓦產(chǎn)生撞擊⑧十字上下滑板與十字頭滑道間隙過大。具有浮動(dòng)銷的十字頭，十字頭銷能在銷孔中轉(zhuǎn)動(dòng)，雖然磨損均勻，但磨損后沖擊和振動(dòng)較大⑨活塞桿彎曲或活塞桿連接螺母松動(dòng)⑩活塞桿負(fù)載過大，連桿軸承損壞

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)204.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析1.振動(dòng)故障①壓縮機(jī)機(jī)體振動(dòng)引起基礎(chǔ)振動(dòng)②基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)薄弱，與機(jī)體或管道某一部分發(fā)生共振③由壓縮機(jī)振動(dòng)等原因產(chǎn)生基礎(chǔ)下沉

基礎(chǔ)振動(dòng)2.噪聲故障往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，各運(yùn)動(dòng)部件會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的與轉(zhuǎn)速一致的正常響聲，有經(jīng)驗(yàn)的工人能從不同響聲中判斷出壓縮機(jī)運(yùn)行是否正常。當(dāng)響聲有刺耳的噪聲、撞擊聲和不規(guī)則的節(jié)奏時(shí)，他們可立即判定機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，甚至能判斷故障發(fā)生的大致部位。常用的監(jiān)測(cè)手段是用聽棒測(cè)聽機(jī)器各個(gè)部位，也可用機(jī)械故障聽診器，它是利用加速度傳感器拾取的信號(hào)經(jīng)過濾波、放大，通過耳機(jī)測(cè)聽，比聽棒有更高的靈敏度和信噪比。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)214.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析振動(dòng)和噪聲故障往復(fù)式壓縮機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，產(chǎn)生故障振動(dòng)和故障聲音是由多種原因產(chǎn)生的，而且各種激勵(lì)力對(duì)機(jī)器外殼上某測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)響應(yīng)，由于傳輸途徑的干擾也往往難以識(shí)別故障。往復(fù)式壓縮機(jī)的故障頻譜圖不同于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，它除了工頻成分之外，往往伴有許多高倍頻成分，而且它們的幅值也較高。高倍頻成分上的能量集中可能是反映出主軸承磨損、活塞撞擊、閥碰撞等故障。往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)行故障振動(dòng)和聲音的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，相對(duì)其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說難度較大，故障診斷的研究工作開展得還不很普遍。有必要有意義對(duì)活塞式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行深入研究，研制出有一定特色且切實(shí)可行的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)224.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析往復(fù)壓縮機(jī)需監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量及其測(cè)量分析方法振動(dòng)和噪聲故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)234.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析某鋼鐵廠空壓機(jī)站有多臺(tái)2D12-100/8型空氣壓縮機(jī)，曾出現(xiàn)過多起一、二級(jí)氣缸十字頭連桿斷裂事故和基礎(chǔ)底腳螺栓松動(dòng)引起振動(dòng)的故障。該機(jī)型為2列、對(duì)稱平衡式，結(jié)構(gòu)布置如圖4-6所示。機(jī)器的技術(shù)參數(shù)如下：排氣量≥102m3/min一級(jí)排氣壓力：0.2MPa二級(jí)排氣壓力：0.8MPa軸功率：540kw轉(zhuǎn)速：500r/min故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)244.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷1).多臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行期間，第一次監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)該型壓縮機(jī)的3號(hào)機(jī)比4號(hào)機(jī)在測(cè)點(diǎn)①上的振動(dòng)值高出很多，從測(cè)點(diǎn)①H方向的頻譜圖上可見，3號(hào)機(jī)的工頻成分幅值為2.1mm/s，3倍頻、5倍頻成分的幅值也非常高，而對(duì)比4號(hào)機(jī)同測(cè)點(diǎn)同方向上的工頻成分幅值，僅為0.4mm/s。由此確定3號(hào)機(jī)存在故障，由于測(cè)點(diǎn)①位于靠聯(lián)軸節(jié)端的軸承座上，初步診斷為聯(lián)軸節(jié)對(duì)中不良或該端機(jī)座松動(dòng)。經(jīng)過檢查，發(fā)現(xiàn)曲軸箱靠電動(dòng)機(jī)端的底座地腳螺釘確定松動(dòng)情況嚴(yán)重，引起該處測(cè)點(diǎn)很高的振幅。停機(jī)后緊固地腳螺栓，振幅就大幅度下降。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)254.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析故障實(shí)例：對(duì)稱平衡式空壓機(jī)的故障振動(dòng)診斷2).第二次監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)4號(hào)機(jī)測(cè)點(diǎn)③（位于一級(jí)缸體部位）三個(gè)方向上的振幅較上一次測(cè)量值有較大幅度上升，振動(dòng)幅值呈迅速上升趨勢(shì)，在短短的半天時(shí)間內(nèi)，同一測(cè)點(diǎn)上4號(hào)機(jī)比3號(hào)機(jī)的通頻振幅幾乎大了近一倍，工頻成分高出3倍，前者還存在明顯的4倍頻成分，證明4號(hào)機(jī)的一級(jí)缸體部位存在故障。當(dāng)即決定停機(jī)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一級(jí)缸十字頭螺栓松動(dòng)，使活塞、連桿和十字頭在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生較大的撞擊力。經(jīng)過調(diào)整以后，該測(cè)點(diǎn)的振幅基本恢復(fù)到原來狀態(tài)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)264.1.3壓縮機(jī)故障振動(dòng)分析經(jīng)驗(yàn)總結(jié)：（1）氣缸上的測(cè)點(diǎn)（上例中測(cè)點(diǎn)③和④）在徑向和軸向方向上的振幅對(duì)活塞在缸體內(nèi)的運(yùn)行情況好壞比較敏感。徑向和軸向振幅明顯上升，說明活塞、連桿、十字頭存在松動(dòng)，在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生直線位置偏移。（2）地腳螺栓松動(dòng)，在機(jī)座垂直方向上的振幅將會(huì)明顯上升。（3）十字頭滑道處徑向振動(dòng)明顯上升，反映十字頭與滑道接觸不良。（4）通過同類機(jī)組振動(dòng)情況的相互比較，機(jī)組自身不同時(shí)刻的振動(dòng)情況比較，有助于判別機(jī)器是否存在故障和故障發(fā)展的程度。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)274.2示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.1壓縮機(jī)示功圖顯示的故障壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)的氣體體積和壓力是在不斷變化的，通常利用示功器觀察和記錄不同的活塞位置或曲軸轉(zhuǎn)角時(shí)氣缸內(nèi)部氣體壓力的變化，所得到的就是P-V示功圖。利用示功圖形狀變化，可以顯示壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管道配置以及操作運(yùn)行中的故障和問題。例如：測(cè)量壓縮機(jī)的指示功率，氣閥上的壓力損失和功率損失，氣缸余隙容積的大小，氣閥和管道截面積是否太小，氣閥、活塞環(huán)、密封填料是否泄漏，氣閥彈簧力過大或過小，以及閥片顫振、氣流脈動(dòng)等故障情況。故障的判別一般采用正常示功圖與不正常示功圖作對(duì)比的方式進(jìn)行，需要有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)28壓縮機(jī)示功圖顯示的故障2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)294.2示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.2閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線對(duì)一個(gè)性能良好的氣閥來說，要求它在氣缸內(nèi)壓力超過排氣壓力或低于吸氣壓力時(shí)能夠迅速打開，亦即氣流在閥上的壓力損失要?。划?dāng)閥片到達(dá)閥擋（升程限制器）時(shí)，沒有太多的反彈，能夠穩(wěn)定地貼在閥擋上；閥片在開啟和關(guān)閉過程中波動(dòng)要小，關(guān)閉后不應(yīng)有多次開啟現(xiàn)象；當(dāng)活塞到達(dá)上、下死點(diǎn)位置后，閥片能及時(shí)返回閥座。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)304.2示功圖及閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律的測(cè)量和故障分析4.2.2閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線在故障診斷方面的作用

1）判斷閥片開閉是否及時(shí)，如果閥片滯后開閉或開閉時(shí)間過長(zhǎng)，則可能的故障原因是：(a)彈簧力不合適；(b)閥座上帶有過多的油水，對(duì)閥片產(chǎn)生粘著作用。(c)閥隙通流面積太小，氣流阻力太大；(d)氣流存在壓力脈動(dòng)。2）判斷是否存在氣流壓力脈動(dòng)氣流壓力脈動(dòng)在閥片運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線圖上不僅表現(xiàn)為閥片開閉不及時(shí)，而且還出現(xiàn)大幅度的波動(dòng)、高頻率的顫振和多次開啟現(xiàn)象。3）判斷氣閥流通截面大小閥片運(yùn)動(dòng)曲線包圍的面積表示氣閥的實(shí)際通流能力，稱為“時(shí)間—截面”。閥片運(yùn)動(dòng)曲線的“時(shí)間—截面”太小，表示氣閥流通截面太小。氣流阻力大，相應(yīng)在氣閥上的壓力損失也大。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)314.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1氣流脈動(dòng)引起的故障分析往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，吸氣、排氣是間斷性的，活塞運(yùn)動(dòng)速度也是隨時(shí)間而變化的，這種現(xiàn)象會(huì)引起管道內(nèi)氣流的不穩(wěn)定流動(dòng)，產(chǎn)生流體壓力脈動(dòng)。管路系統(tǒng)內(nèi)所容納的氣體稱為氣柱。氣體像任何振動(dòng)物體一樣，具有一定的質(zhì)量，可以壓縮、膨脹，具有一定彈性，所以氣柱本身就像一個(gè)彈簧，壓縮機(jī)裝在管路的始端，活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)周期性地向管路吸氣、排氣，對(duì)管路中的氣柱產(chǎn)生激發(fā)力，引起氣柱振動(dòng)。氣柱是一個(gè)連續(xù)的彈性體，在接受了激發(fā)后，就把所形成的振動(dòng)能量以聲速向管道遠(yuǎn)方傳播。簡(jiǎn)單管道的氣柱固有頻率：

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)324.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1氣流脈動(dòng)引起的故障分析

(i=1,3,5,……)

(1).管道一端封閉（如壓縮機(jī)端），另一端為開口（如連接緩沖器、膨脹容器）。只要容器的容積大于管道容積的10倍以上，就可以把容器視為開口端。(2).兩端封閉的管道（如兩臺(tái)壓縮機(jī)并聯(lián)，中間用管道連接）

(i=2,4,6,……)

(3).兩端均為開口的管道（如兩個(gè)大容器之間用管道連接）

(i=2,4,6,……)2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)334.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1氣流脈動(dòng)引起的故障分析管路中的氣柱是否會(huì)發(fā)生共振，取決于氣流的激發(fā)頻率。壓縮機(jī)氣流的壓力脈動(dòng)波形并不是一種簡(jiǎn)諧波，而是包含了多種頻率成分的復(fù)合波形。我們可以通過諧波分析方法，把氣流脈動(dòng)波形分解為數(shù)階諧波，其中幅值最大的諧波稱為主諧波。當(dāng)激發(fā)頻率在氣柱固有頻率的共振區(qū)內(nèi)，就會(huì)使管道中的氣柱處于共振狀態(tài)，此時(shí)氣流壓力脈動(dòng)非常嚴(yán)重，引起管道、壓縮機(jī)和基礎(chǔ)的強(qiáng)烈振動(dòng)。氣柱共振狀態(tài)下的管道長(zhǎng)度稱為共振管長(zhǎng)，共振管長(zhǎng)區(qū)為：轉(zhuǎn)速:n單作用:m=1雙作用:m＝22023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)344.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.1氣流脈動(dòng)引起的故障分析實(shí)例

某汽車制造廠一臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)8-60/70型雙缸雙作用空氣壓縮機(jī)，該機(jī)使用中發(fā)現(xiàn)當(dāng)二級(jí)排氣壓力達(dá)到額定值0.7MPa時(shí)，一級(jí)排氣壓力超過額定值約18.5%。壓縮機(jī)參數(shù)：轉(zhuǎn)速n=428r/min吸入溫度t=20℃一級(jí)排氣額定壓力p1=0.2～0.23MPa二級(jí)排氣額定壓力p2=0.7MPa一級(jí)進(jìn)氣管實(shí)測(cè)長(zhǎng)度l=3.468m聲速:雙缸雙作用壓縮機(jī)的激發(fā)頻率一階共振管長(zhǎng)一般對(duì)于避免管道氣柱共振的措施有兩種：其一是取消進(jìn)氣管，這樣一級(jí)排氣壓力可以恢復(fù)到正常的設(shè)計(jì)壓力；其二是把進(jìn)氣管加長(zhǎng)。最后采取了第二種措施，把進(jìn)氣管加長(zhǎng)至l=6.5m，從而恢復(fù)到正常壓力，管道振動(dòng)現(xiàn)象也隨之減弱。

2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)354.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.2管道壓力脈動(dòng)的防治措施

管道壓力脈動(dòng)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的氣流沖擊波浪，消減壓力脈動(dòng)就是消減壓力的不均勻度，減小其脈動(dòng)幅度，通常的防治措施是在管路系統(tǒng)中加裝各種類型的消振器，例如緩沖器、聲學(xué)濾波器、孔板等。當(dāng)然，管道中氣流壓力的不均勻度首先與激發(fā)源有關(guān)，在多缸壓縮機(jī)中，缸體的布置方式和各缸曲柄的錯(cuò)角位置將會(huì)直接影響到壓力波的波長(zhǎng)和波動(dòng)的均勻性。采用合理的吸排氣順序

氣閥開啟時(shí)間長(zhǎng)短與壓比有關(guān)，而開啟的相位差，取決于氣缸的結(jié)構(gòu)與曲柄錯(cuò)角的配置。對(duì)同一級(jí)壓縮的二個(gè)缸來說，雙作用氣缸比單作用氣缸的氣流連續(xù)性好，壓力脈動(dòng)相對(duì)要小，同樣為單作用氣缸，曲柄錯(cuò)角a=90°的配置優(yōu)于a=0°的配置，對(duì)動(dòng)式單作用氣缸的激發(fā)力是相互疊加的，脈動(dòng)最大。對(duì)于相連兩個(gè)級(jí)的氣缸，任何型式的雙作用氣缸，由于I級(jí)缸排出的同時(shí)II級(jí)缸吸入，其進(jìn)、排氣激發(fā)力是相互抵消的,但是對(duì)于雙級(jí)單作用氣缸，只有對(duì)置式和曲柄錯(cuò)角為180°的立式，激發(fā)力才能相互抵消。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)364.3壓縮機(jī)的氣流壓力脈動(dòng)與管道振動(dòng)4.3.2管道壓力脈動(dòng)的防治措施

2)

裝設(shè)緩沖器

緩沖器實(shí)際上是個(gè)蓄能器，它像水庫那樣能夠起到調(diào)節(jié)能量的作用。當(dāng)上游處在壓力波的峰值時(shí)，由于氣體的彈性作用，壓力波進(jìn)入緩沖器后壓縮其中氣體，壓力波的動(dòng)能變?yōu)榫彌_器內(nèi)氣體被壓縮后的彈性勢(shì)能。而當(dāng)上游處在壓力波的波谷時(shí)，緩沖器內(nèi)壓縮氣體膨脹，勢(shì)能變?yōu)閯?dòng)能，彌補(bǔ)了管道內(nèi)瞬時(shí)壓力的下降。這樣，通過能量轉(zhuǎn)換，緩沖器就等于一個(gè)氣體彈簧，起到對(duì)振源的隔振作用，從而把出緩沖器后的壓力脈動(dòng)峰值降低了很多。2023/2/1工業(yè)裝備故障診斷技術(shù)