摘要：用频谱分析法对螺杆式空压机振动故障进行了分析，通过分析发现螺杆频率正常，而左侧星轮频谱异常。进一步分析发现，左侧星轮的频域是以五分之一星轮转动频率为基频的高次谐频，确是星轮支撑轴松动造成的振动故障。因此提出了重新加固松动支撑，更换磨损轴承和润滑油的解决措施，采取措施后振动消失，声音正常，此研究具有一定的科学性，能够为现场提供指导。
关键词：空压机；振动异常；检测
引言：
在现代煤炭生产过程中，压缩空气是重要的原动力之一，可以驱动凿岩机和风镐等设备。在高瓦斯矿井或者有煤尘爆炸危险的矿井中，使用压缩空气比使用电力更加安全。空气压缩机是能够压缩空气。增加空气动力的主要机械装置。空压机的正常运行对于煤炭的生产有着非常重要的意义，因此可靠的空压机故障检测研究十分有必要。
频谱特征是动态信号的主要特征之一，频谱分析就是对动态信号进行频域分析，绘制曲线，从而分析动态信号的状态。频谱分析可以作为振动故障检测的重要手段之一。
1 螺杆式空压机的性能介绍
英格索兰螺杆式空压机主要由电机、齿轮、轴承座、螺杆等部分组成。螺杆空压机是容积式气体压缩机，由相互齿合的转子(即螺杆)、机壳以及适当配置在两端的进排气口组成压缩气体的工作腔，通过减小工作容积来提高气体压力。转子在旋转过程中，阴阳转子赤连接不断地向对方齿槽中填塞、工作腔的容积不断减小，工作腔的齿槽也不断向排气端推进，当压缩容积与排气口相通时．气体以达到预定的压力而排出。气体的吸入过程跟压缩过程一样也是连续不断的，因为机器的转速很高，吸排气可以看成是无动脉的，因此，在一般情况下螺杆空压机可以省去一个体积很大的储气罐。
2 螺杆空压机故障现象的初步诊断
在对空压机的例行检查中，发现四个测点垂直方向振动值较高，而空压机外部各部位的连接螺栓都比较紧固，没有松动现象；混凝土基础(钢结构整体座架)无显著松动，电机轴承温度、压缩机轴承温度都在正常范围。因此，初步怀疑造成风机振动较大的原因在压缩机机壳内部。
3 螺杆式空压机优点及工作原理
3.1螺杆式空压机优点
容积型空气压缩机在煤矿中被广泛使用。其主要原理是对气体体积进行压缩，增加单位体积气体的密度，从而提高了空气的压力。其中，螺杆式空压机使用较多，是由20世纪30年代由瑞典工程师发明。螺杆式空气压缩机与活塞式类似，都是回转运动，但是转速更高。其主要优点有以下三点：
1)可靠性高。从结构上讲，螺杆式空气压缩机没有容易损坏的零件，使用使命长，运行稳定、可靠。
2)操作简单、维护方便。螺杆式空气压缩机操作比较简单，工作人员不需要经过很长时间的培训和学习就能够操作。
3)动力平衡性好。螺杆式空气压缩机在运转过程中，不存在不平衡贤陛力，同时由于体积和重量都不大，因此特别适合用于需要移动的工作环境。
3.2螺杆式空压机工作原理
螺杆式空气压缩机的工作过程分为四个阶段：吸气阶段、压缩阶段、喷油阶段以及排气阶段，这四个阶段循环往复进行。下面对各个阶段进行简单的介绍。
第一阶段：吸气阶段。通过电动机驱动转子高速旋转，当转子旋转到开口位置的时候，主从转子之间的齿沟空间达到最大，外部空气进入并填满；当转子旋转离开进气口之后，填满的空气就被密封在了转子和机壳中间。此时，吸气过程完成。
第二阶段：压缩阶段。吸气过程完成以后，转子继续旋转导致封闭空间逐渐缩小，同时进行螺旋状移动，对填充空气进行压缩。此时，压缩过程完成。
第三阶段：喷油阶段。在压缩过程中，封闭空间逐渐缩小导致空气压力和温度逐渐增加。为了确保润滑、降低空气压力和温度，雾状润滑剂会在气压差的作用下喷入腔体。此时，喷油过程完成。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
第四阶段：排气阶段。转子不断旋转，当与机壳排气口相对时，压缩后的空气开始逐渐释放。齿沟位于排气断面时，齿沟空间为零，压缩空气全部释放。同时，另一对齿沟进入开口位置，空间达到最大，开始下一个循环。此时，排气过程完成。
4 螺杆式空压机振动异常分析
螺杆式空压机在使用过程中，会出现振动故障，主要表现为振动异常、噪声较大等。本文针对这一故障，利用频谱分析法进行故障诊断，并提出针对性措施。
4.1信号采集与处理设备
信号采集与处理设备采用INV306DM信号分析仪(采样频率0．978HE)、INV多功能放大器以及一些传感器。
4.2测点布置与参数计算
信号采集与处理过程根据测量需求，结合现场实际，布置10个测点。分别位于电动机机壳，左上轴承杯(三向传感器)、右上轴承杯(三向传感器)、左机座、右机座以及排气端盖上。
4.3信号结果分析
对测试结果进行分析，为螺杆频域图。27．33Hz近似为星轮转动频率(≈26．4Hz)，50．11Hz为电机转动频率，300．66Hz近似为啮合频率(≈289．8HE)。除此之外，出现较多的是以啮合频率为载波频率，以星轮转动频率为调制信号频率的谱线。螺杆虽然有一些振动，但是没有明显高阶出现，因此不会是主要故障，应该是随着使用而出现的一些正常的现象。而以啮合频率为载波频率，以星轮转动频率为调制信号频率的谱线说明振动问题应该是出现在星轮上。
以此为依据，测量左右星轮的振动行程。通过测量发现，右侧星轮振动较小，左侧星轮振动较大。左侧星轮的频域是以1／5星轮转动频率为基频的高次谐频，这种现象并不正常，因此判断振动故障确实处在左侧星轮处。由于本台空压机使用时间并不长，所以忽略疲劳损伤造成的故障，转而考虑是安装时的问题。
5 故障判断与解决措施
5.1故障判断
螺杆虽然有一些振动，但是没有明显高阶出现，因此不会是主要故障。应该是随着使用而出现的一些正常的现象。而以啮合频率为载波频率，以星轮转动频率为调制信号频率的谱线说明振动问题应该是出现在星轮上。经过进一步验证发现，问题确实出现在左侧星轮上。在排除疲劳损坏后，经过讨论分析，认为应该是星轮支撑轴松动造成的振动。频率为五分之一可能是由于转动过程中，轴承壳与外壳发生五次碰撞导致的。
5.2解决措施
根据分析结果，对空压机进行停机检修，拆开左侧星轮。果然发现其支撑松动，而且支撑轴游隙过大，因此导致振动异常，噪声较大。对此，提出改进措施。
(1)对于松动的支撑，必须重新进行加固。轴承垫块的接触面积必须超过总面积的四分之三，而且接触要平整。
(2)轴承已经发生摩擦磨损，应该更换。更换后要同时更换润滑油并振动对中和动平衡情况重新检验。
(3)精心操作，避免压缩机工作点进入喘振区造成损坏。每次开机前必须试验锁停机、油泵联锁起停和防喘振阀动作的可靠性，调整负荷要注意不能超压。巡检中注意冷却器的冷凝水排放，自洁式过滤器滤简阻力偏大或有吸扁破裂现象应及时更换。
(4)每年要计划对机组大修次。按说明书要求对级间冷却器、压缩机组、润滑系统做彻底维护，转子进行流道清洗，探伤检查、动平衡检验，冷却器抽芯检查、清理内壁锈蚀进行防腐等。
结束语：
(1)本文利用频谱分析法对螺杆式空压机其振动故障进行了分析，发现螺杆频率正常，而左侧星轮频谱异常，所以判断振动故障出现在左侧星轮。进一步分析发现，左侧星轮的频域是以五分之一星轮转动频率为基频的高次谐频。所以，确定是星轮支撑轴松动造成的振动故障。
(2)根据分析结果，提出重新加固松动支撑，更换磨损轴承和润滑油，振动消失，声音正常。
(3)本文运用频谱分析法对螺杆式空压机振动故障进行检测，取得了较好的效果，发现并排除了故障。具有一定的现场指导意义。
参考文献：
[1]白云飞.螺杆式空压机在煤矿生产中的应用分析[J].矿业装备.2018(01)
[2]付勇.煤矿井下空气压缩机的选择与应用分析[J].科技与创新.2018(05)
[3]路建玲.矿井空气压缩机综合保护与监控系统设计研究[J].山东煤炭科技.2018(06)
论文作者:薛涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/27
标签：频率论文; 故障论文; 转子论文; 空气压缩机论文; 螺杆论文; 频谱论文; 信号论文; 《防护工程》2018年第22期论文;