★快速故障诊断-东莞螺杆式空气压缩机

[摘  要]螺杆空压机由于其经济性与可靠性优势，在工业生产各个领域的应用越来越普遍，其故障诊断与维修问题也愈发引起社会的重视。本文主要基于通过监控关键点的温度与压力，来探索螺杆空压机高温故障诊断与应对策略。

[关键词]温压监控;故障诊断;维修建议

中图分类号：TE964 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）27-0173-02

1、引言

螺杆空压机具有结构简单、占地小、投资少及噪声低、运营方便适应性强等优势;广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等领域，并逐渐取代了其他类型的空压机。据不完全统计，在我国，螺杆空压机已经占据所销售容积式空压机的40%，占据正在运行的空压机的15%左右。伴随经济的进一步发展，螺杆空压机市场将进一步扩大，因而螺杆空压机的故障诊断与运营维护问题也越来越引起社会的重视。

2、螺杆空压机的结构与工作原理

螺杆式压缩机主要由进气系统、压缩系统、排气系统、干燥系统、润滑冷却系统等子系统组成。螺杆空压机主要有四个工作过程：

吸气过程：螺杆式空压机进气侧设计有吸气口，依靠进气阀调节进气量，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至吸气口时，空间最大，此时转子的齿沟空间与进气侧的自由空气相通，当转子继续转动，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内，当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离进气口，在齿沟间的空气即被封闭。

封闭传送过程：主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即被封闭;然后两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动，即将封闭气体从吸气端向排气端输送。

压缩过程：在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动时，啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体不断被压缩;同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。

排气过程：当螺杆空压机转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体逐渐被排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口齿沟空间为零，即完成排气进程。在此同时，转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又重新开始，如此循环。螺杆压缩机就在不断地重复以上四个过程，源源不断地为下游供应压缩气体。

3、基于温压监控的故障诊断可行性分析

螺杆空压机是利用电机带动螺杆转动进而压缩空气做功的能量转换装备，其工作过程就是在能量耗散的基础上，不断地将电能转化为压缩空气内能的过程。在该过程中，电能转化为机组的机械能，视为系统的输入能量;压缩空气增加的内能，视为系统的有效输出能量;机组在压缩空气做功的同时，为维持机组可持续运行而耗散的能量视为系统输出能量;根据能量守恒原则，则有=+。在该前提下，螺杆空压机在稳定运行过程中，压力、温度、振动等各项关键参数等必然保持合理范围内;因此，我们可以通过监控螺杆压缩机组运行时的温度、压力等参数变化，来评估机组状态，并开展针对性维修维护，确保机组可持续运行。

4、螺杆空压机重点监控参数的的选择

螺杆空压机运行时，其能量的输入与输出主要涉及两个过程，一个是空气的压缩做功过程，即目标过程。另一个是维持机组稳定运行的冷却液循环过程，即被动过程。如图1、2所示：

注释：

压缩机头：空压机压缩空气做功的工作组件。

后部冷却器：螺杆压缩机的压缩空气及润滑油通过水冷或风冷等方式进行冷却的主要场所

油过滤器：内装有特殊的滤芯，滤除润滑油中杂质，保护轴承及螺杆转子的组件。

进气阀：根据排气压力反馈调节阀门开度，进而控制进气量的执行阀门。

压力维持阀：油气筒上维持最低供油压力及防止机头油气反蹿的保护装置。

供油阀：根据转子转速等参数，反馈调节进入转子齿间隙的润滑油量的阀门。

润滑油与空气的混合：螺杆压缩机组正常加载时，进气阀调节进气量、供油阀调节喷油量，螺杆转子进气端吸入的空气与喷入的润滑油在齿间隙混合，随着转子转动，一起被加压、传送至输出端。这里的润滑油在整个过程中会形成油膜，并吸收转子温度，起到保护转子的作用。

润滑油与空气的分离：从压缩机机头出来的油气混合气体，进入油气桶，然后经过三级分离即第一级：油气桶内旋风式惯性分离;第二级：油细分离器底部的气流撞击壁面分离;第三级：压缩空气再经过超精密油细分离器进行精密分离。最后洁净的压缩空气从油气桶输出，分离出的润滑油在油气筒内的压力作用下流向油过滤器，循环使用。

润滑油与空气的冷却：润滑油温度过低会影响油和水的分解，导致润滑油乳化，降低润滑油使用寿命。润滑油温度过高会使润滑油粘度降低，机组轴承磨损加大，甚至发生散珠事故;同时润滑油在金属的催化下，热分解，生成有害的游离炭、酸类物质，甚至发生积碳，严重时回事螺杆卡死，酿成严重设备事故。此外，机组温度过高，不仅会降低输气效率，增加功耗，还会让更多的油处于气相，油细分离难度增大，未能分离的气相油进入气网，导致油耗量增大，供气品质下降，危害下游设备安全运行。综上所述，若要维持螺杆压缩机组的稳定运行，机组必须配置压缩空气与润滑油的冷却装置，目前螺杆压缩机组一般在机组的排气端设置有后部冷却器，采用风冷的方式，给压缩空气及润滑油进行强制冷却。

：空压机房环境温度或者空压机进气温度;：压缩机头润滑油温度;

：温控阀流向冷却器的润滑油温度;：冷却器冷却后流向油滤的润滑油温度;

：未经冷却、从温控阀旁通直接流向油过滤器的润滑油温度;：冷却与未经冷却的润滑油在三通处汇合后的温度;：压缩机头出油处润滑油压力;：压缩机进气压力;：压缩机进气压力;：压缩机头出油处润滑油压力;：温控阀流向冷却器的润滑油压力;：油滤前润滑油压力;：油滤后润滑油压力。

5、温压监控在常见的机组故障诊断中的应用

螺杆空压机在实际生产中，其发生故障最终常常表现为高温报警或高温停机，因此我们现在通过监控关键节点的温度与压力，来初步分析空压机故障发生部位及原因，并制定维修方案。螺杆空压机发生高温报警时：

1）压缩机头机械故障：若，，且与相差20℃左右，接近，则可能是压缩机机头处存在机械故障如最小压力维持阀、止回阀、断油阀故障或螺杆间隙变大，导致润滑油机头处内部循环多，外部回油少，出油压力低，油温高，但外部油路正常各项功能正常。此时建议查阅设备档案，掌握机头近期是否进行过大修，是否有问题遗留，是否有老化备件未更换;润滑油是否是正品，油量是否充足;开机监测机组震动是否过高，是否有异响;停机，手动盘转子，看是否有卡滞，并根据排查结果采取针对性措施。

2）油滤堵塞：若，，且显著低于（一般相差超过30℃），明显小于（一般相差超过0.2MPa），则极有可能是因为润滑油过滤器堵塞导致机头处因冷却润滑油不足，影响散热而高温，油滤前因冷却润滑油集聚而低温，此时应及时更换符合要求的油过滤器滤芯。

3）温控阀老化低效：若，，且略低于，显著低于;则极有可能是因为温控阀老化，效率低下，未能根据需要完全打开，导致压缩机头出来的高温润滑油大部分都是经过A点，经温控阀旁通直接到达D点，只有很少一部分润滑油通过温控阀，经冷却器冷却后流向E点;故略低于，显著低于，此时应该更换或维修温控阀。

4）温控阀未工作：若，且显著低于，则，温控阀未工作，来自于压缩机头的润滑油直接流向A点、D点，因温控阀未工作，所以C、D、E点温度很接近，但因为冷却器仍然正常工作，部分润滑油从C点经过冷却后到达B点，故显著低于;此时应及时更换或维修温控阀

5）冷却器冷却效率低：若，且接近，则可能是油冷却器系统出现问题，如内部或外部结垢导致冷却器散热效率低，冷却风扇未启动导致。外部环境温度过高，导致散热困难等。此时应针对以上可能因素采取清洗冷却器，加强通风等措施来处理。

6）环境温度过高，空压机运行环境恶劣：若>45℃，>90℃，则可能是因为空压机所处的环境通风不畅，机组冷却系统无法有效散热。导致进气排气温度高，排气量少，工作效率低，能耗增加。此时应改善空压机房通风条件，可以增设辅助强制通风措施。

（注释：近似等于）

6、结束语

针对螺杆空压机导致高温的常见原因，维修者要从机组的结构及工作原理入手，针对出现的故障现象，列出所有可能的诱因。然后结合运行经验，分析相关参数特点，利用排除法从外及里，从易到难，逐个排除。对于有备用机组的，可运用控制变量的思维，采用互换对比法来逐个验证故障原因。

为了减少故障给生产带来的影响，需要前瞻性化解故障。根据机组运行时间，定期更换、空气滤芯、油滤、油细、进气阀、压力维持阀、电磁阀等可更换部件。定期对机组润滑油进行检测，根据检测结果，评估机组各部件运行状态，定期清洗油路、冷却器、开展机组大修。

为了进一步提高计划性维护的针对性与有效性，可以建立各种本型号机组在不同工况环境下，机组发生故障的类型、维修措施及维修效果的大数据库，在大数据平台上根据目标机组的运行参数及变化趋势，制定针对性的维护方案，提高维护的效率。

参考文献

[1] 张卫东.螺杆压缩机常见故障及处理方式[J].企业家天地2012（02）.

[2] 郭晓宁.状态监测技术在螺杆压缩机故障诊断中的应用.机械工程师 2014-04-10.

作者简介

冯裕祥，1988年3月，男，汉族，安徽省长丰县，机械工程师，研究方向：通用机械故障诊断与维护。