離心式空氣壓縮機的調試及故障排除

王永健 陸君君

摘要： 空壓機在諸多行業都有應用，常見類型有活塞式空氣壓縮機、螺桿式空壓機、離心式壓縮機等等。本文以某型號離心式空壓機組為例進行該類空壓機的調試以及故障排除論述。首先闡述離心式空氣壓縮機調試及故障診斷、排除的重要意義，然后對CENTAC離心式空壓機進行簡介，之后對設備的調試及故障原因進行探討分析，并提出解決措施，對離心式空氣壓縮機故障診斷技術發展趨勢進行展望，希望對同行業工作人員操作有所幫助。

Abstract： Air compressors are used in many industries. The common types are piston air compressors， screw air compressors， centrifugal compressors and so on. Taking a certain type of centrifugal air compressor unit as an example， this paper discusses the commissioning and troubleshooting of this kind of air compressor. This paper first expounds the significance of commissioning， fault diagnosis and troubleshooting of centrifugal air compressor， then briefly introduces CENTAC centrifugal air compressor， then discusses and analyzes the equipment commissioning and fault causes， puts forward solutions， and prospects the development trend of fault diagnosis technology of centrifugal air compressor， hoping to be helpful to the operation of staff in the same industry.

關鍵詞： 離心式空氣壓縮機;控制原理;調試;故障排除

Key words： centrifugal air compressor;control principle;commissioning;troubleshooting

中圖分類號：U469.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）03-0073-03

0 ?引言

離心式空氣壓縮機在工作過程中，工作介質為空氣，利用它的葉輪組件將氣體帶動起來，并做高速旋轉動作，進而進行不間斷的壓縮空氣生產工作。該種類型的空壓機優點很多，比如工作壽命長、穩定、供氣品質高、可靠等，因此在工程領域應用十分廣泛。[1]

1 ?離心式空氣壓縮機調試及故障診斷、排除的重要意義

大型設備安裝完畢一定要進行充分的調試與試車才可以實際投入使用，以防在實際運行過程中出現故障給企業帶來損失。從上世紀的八十年代開始，我國就已經開始著手設備故障診斷技術的研究了。在研究過程中，不斷借鑒發達國家的先進經驗，再結合國內實際情況進行研發與應用，在石化、化工、電力、航空、鋼鐵等行業都取得應用，成果顯著。目前這項技術在原有的設備故障分析、檢測、防治方面基礎上，又發展出性能判別、質量監督、可靠性分析、維護管理等方面的重要技術手段。離心式空氣壓縮機在安裝調試之后出現故障問題，一定要及時進行診斷與排除，總結經驗，為將來的實際運行提供寶貴的參考。

本文以CENTAC離心式空壓機的安裝、調試，以及在調試過程中出現的問題、所采取的應對措施等為切入點，總結提出離心式空氣壓縮機的調試和故障排除的典型經驗，以期為同行業提供一些借鑒作用。

2 ?離心式空氣壓縮機的調試與故障排除

2.1 CENTAC離心式空壓機簡介

在航空發動機零部件試驗中，空壓機起到十分重要的保障作用。儀表工藝用氣、零部件試驗環境的建立都離不開空壓機提供的壓縮空氣。為保障高質量的、穩定的試驗用壓縮空氣，原來的流量小、使用年限長的設備已被體積小、流量大的新設備所代替。這種新設備就是英格索蘭離心式空壓機。

CENTAC離心式空壓機具備諸多優點，重量輕、體積小、流量大、運行效率高、供氣均勻等。該種類型的離心式空壓機所采用的控制系統十分先進，其運行效率較其他類型空壓機高，狀態較穩定，而且成本不高。在實際工作中，更能節省動力消耗，與其他機型相較更易于操作，在防止喘振和降低故障發生頻率方面表現也十分優秀。

CENTAC壓縮機是一種速度型三級離心式壓縮機，其采用的是完全浮動非接觸式石墨環密封，工作原理如圖1所示?？諝馔ㄟ^進氣調節閥進入空壓機第一級，空氣通過葉輪的旋轉而獲得了較高速度，之后氣體就進入擴壓部分，完成速度到壓力的轉換;然后，通過中間冷卻器把熱量去除，提升效率;最后，通過分離器去除氣體冷凝水。在氣體被迫通過不銹鋼水分分離器后，其所攜帶的水分會減少。這個過程會有階段性的重復，一直到壓縮機的工作壓力達到即告完成。

CENTAC離心式空壓機所用的系統是CMC監控系統，對于主電機啟動柜、預油泵、油加熱器等輔助設備，它們都能進行控制，除此之外，所有壓力也都在它們的監測和控制之下。CMC監控系統對于空壓機的控制和保護起著十分關鍵的作用。其恒壓控制如圖2所示。

該種空壓機組的主要參數設定為額定排氣壓力1.0MPa，主電機功率為6500HP，進氣壓力0.1MPa，主電機功率為6500HP，水壓在0.25MPa與0.55MPa之間，冷卻循環水耗水量2800l/min，潤滑油壓力在0.16MPa與0.21MPa之間。

2.2 離心式空氣壓縮機的調試

機組安裝、主電機測試、機組聯軸器連接等工作完成之后，要對機組的各項新年進行測試與調節工作。在調試過程中，機組的喘振點、機械性能、節流電流等都進行了測試與設置工作，對每臺新設備都進行了24小時試車運行。在此期間，無論是軟啟動器、機組等方面，還是輔助設備等方面，都有著不同程度的典型性問題存在。諸如機組運行參數發生較大波動、啟動器故障、預潤滑油泵工作出現異常、供氣閥門異常等問題，下文將進行詳細闡述與分析。

2.3 離心式空氣壓縮機故障排除

2.3.1 機組運行參數發生較大波動及其處理情況

CENTAC離心式空壓機采用的監控系統是CMC。這種離心機監視與控制系統是建立在微處理器基礎上的。CMC面板含有一個自定義計算機板（基本控制模塊），在該板上，有存儲芯片、微控制器，可對其他模塊進行控制，實行各種輸入壓力、振動、溫度等數據的采集及分析工作。CMC利用喘振保護、性能控制來滿足各種壓縮空氣的系統要求。在機組達到喘振點前，喘振保護動作實施，即打開旁通閥，實現喘振保護效用。旁通閥的打開點是最小負荷，它會把一部分的空氣排出至大氣，使得壓縮空氣系統獲得所需空氣，依然是最小空氣量產生，最后避免空氣壓縮機出現喘振。在分組控制模式下，使用性能控制。該控制通過控制排氣閥、進氣閥的運動來對空壓機耗電量等進行影響和干預，實現機組穩定運行效果。該機組在控制模式選擇上，選取的是調整控制。

在機組調試過程中，有一臺機組無論是在0.8MPa，還是1.0MPa哪種壓力下，機組的進氣閥開度、電機電流、系統出口壓力都有較大波動出現。將控制參數中的P、I進行了優化，首先將最大與最小負荷的積分時間It調低，然后將最大負荷比例帶Pb參數調高。之后不斷進行微調與嘗試，更改不同負荷狀態下的PI參數，最終得到It大概處于0.01rep/sec左右，Pb處于45左右時，機組系統參數正常，波動消失。

2.3.2 供氣閥門發生故障及其處理情況

電動金屬硬密封蝶閥是氣源站中一切供氣閥門所選用的一種閥門。該種閥門優點很多，它省力、啟閉方便快捷、調節性能好、結構很簡單、流體阻力小。但是在實際調試過程中，還是有問題存在的。下面將一一講解。

一是在某個開度帶壓情況下無法進行動作。這個主要是因為閥門電機的轉矩不夠，點動控制閥門的控制信號時有滯后現象出現抑或是精度不高。出現這種情況，則對問題閥門適當地增加轉矩，注意在操作過程中，閥門的開、閉要以勻速來調整。

二是閥門出現卡死情況。閥門的蝸輪蝸桿機構卡死會造成閥門無法動作，電機控制板損壞、保險損壞也會造成閥門卡死。一旦該類問題出現，要逐項排除風險點，并將故障的部件及時進行更換。

三是閥門無法遠程操作。閥門設置沒有在遠程控制的位置，I/O通訊中斷，閥門的電機控制板發生損壞等等都會導致無法遠程。在操作過程中，要按照設備操作手冊進行動作，一旦有問題發生，要對現場實際情況進行一一檢查，并排除，直至發現故障點并修復。

2.3.3 啟動器發生故障及其處理情況

軟啟動器是本文所述離心式空氣壓縮機所選取的啟動器。在國外，軟啟動器被稱為Soft Starter，它將軟停車、輕載節能、軟啟動以及多種保護功能集成于一體，是一種新型的電機控制裝置。軟啟動器的調壓器是采用的三相反并聯晶閘管，它接入于電動機定子、電源之間。軟啟動器在整個機組的運行過程中扮演著十分重要的角色。

當啟動完成后，軟起動器仍在在使用中，用于監視機組電流電壓變化情況，保護機組運行。啟動器有著重要作用，在調試過程中，它出現了故障，工作人員也對其進行了修復。

一是發生缺相保護。在工作時，電機因電流缺相發生電機振動。故障發生后，工作人員首先排除自身供電站問題，之后對軟啟動器進行逐項檢查，確認故障是晶閘管單元受損引起的，馬上進行功率單元更換工作，之后軟啟動器正常，機組恢復正常。

二是發生過熱保護。調試期間，某臺機組突發停運，原因是軟啟動器報警溫度超高。故障發生后，立即進行排查。首先排查晶閘管散熱器，查看散熱器是否有問題。之后又依次進行排查，發現軟啟動器微控制器出現故障引起警報誤報。對控制器進行更換操作，之后機組運行正常。[2]

以上啟動器故障分析說明在設備出現故障時，要第一時間對容易引起設備故障的外部原因進行排查，在逐一排查之后，如果還沒有發現原因，那么就要對設備內部進行排查，尋找引起設備故障的內部因素，最終將故障排除。從外到內的排查方式對于快速查找故障大有裨益，可使得設備更好、更穩定地運行。

2.3.4 機組預潤滑油泵工作異常及其處理情況

預潤滑油泵是負責實現潤滑油在整個機組內部循環的設備，使用于機組開機前、停機后。預潤滑油泵在空壓機停機后、跳閘后、正常運行時的一切動作都是在CMC面板的控制下進行的。將控制面板的電源接通，并在有密封空氣的基礎上，把預潤滑油泵啟動。這個時候，機組油箱內的潤滑油會在預潤滑油泵作用力下發生循環運動，并將機組各相關部件全部潤滑。將空氣壓縮機的啟動按鈕按下，可編程定時器的啟動時間完成之后，預潤滑油泵工作將會停下。把停止按鈕按下，泵才會再次運轉至無密封空氣存在或切斷電源之時。

機組預潤滑油泵如果在正常使用狀態，那么就是上文所述的情況。但是在設備安裝完畢進行調試時，空氣壓縮機運轉過程當中，預潤滑油泵突然自啟。在自啟時，對機組的油壓進行檢查，也未發現有異常情況出現。當故障發生后，要馬上對現場進行檢查。首先查看預潤滑油泵的電機，看它是不是還在運轉狀態，如果是處于正常運轉狀態則是控制信號的指示裝置出現異常，如果停運則控制信號的指示裝置無問題。該部分設備確認無問題后，繼續對其他部分進行檢查。相關的控制接線、油泵等部位查看時，要著重查看有沒有出現反轉現象，如有則立即排除。在本次操作中，以上步驟均為出現問題，繼續對其他部分進行排查。經過進一步排查之后，發現位于潤滑油系統管線上的油壓感應閥出現異常。使得預潤滑油泵和主油泵同時運轉的故障發生的原因在于調整螺母。在機組油壓調節工序完成之后，忽略了壓力感應閥的調整螺母，未對其進行擰緊固定。找出原因后，對其進行擰緊加固，之后機組運行正常。

3 ?離心式空氣壓縮機故障診斷技術發展趨勢

在基本不拆卸設備的情況下，對設備進行故障診斷可減輕工作負擔，也減少因拆卸設備而占用的工作時間。離心式空氣壓縮機設備狀態監測與故障診斷技術可幫助工作人員快速查找故障點，進行維修。這種技術進行的前提是要對設備過去以及現在運行中的各種數據詳盡掌握，在這些數據的基礎上進行故障以及異常原因分析，還可對設備未來運行情況進行預測，以便干預和解決[3]。這是一種新興的邊緣科學，在多種學科與實際應用需求糅合中產生與發展，所涉及到的有電子學、傳感及測試技術、信號處理、計算機技術、識別理論、人工智能專家系統等多種基礎性的學科。在這些學科的基礎上，設備狀態監測與故障診斷技術才得以綜合運用[4]。機械設備的種類是非常多的，而且它們的運行參數因機器而異，完全不同。而且不同的機械設備故障形式也不相同，涉及到高參數、高功率類的旋轉機械更為復雜。這類設備一般都價格昂貴，是大型的生產裝置中起到核心作用的關鍵設備。其設計、制造、安裝以及運維技術的要求很高，如果有故障發生，那么會產生很大的不良影響，嚴重耽誤生產運行。

離心式空氣壓縮機的在線監測診斷技術的核心指導思想是預防事故發生，保障工作人員人身安全，保障生產設備安全，未雨綢繆，防患于未然。在線監測診斷技術還能將設備維修的傳統制度改革創新，將原計劃檢修造成的過剩維修、漏修等現象減少。有數據表明，在國外，由預防性維修向預知維修的過渡已完成。故障在線監測診斷技術可將故障提前排除，這樣使得零部件的使用壽命得以充分利用，維修的速度、精度也得到大幅度的提升，最終可提升企業的經濟效益。

在礦用設備中，離心式空氣壓縮機是非常重要的裝置。該裝置的轉速高、功率大、結構復雜，因此故障原因也很多、故障表現也很多，且故障多為不明顯的隱患，比如轉子的不平衡，碰摩、葉片故障、軸向竄動等問題。在實際運行中，如果突發故障，將會給生產帶來十分不利的影響，甚至造成安全事故。

使用離心機的在線故障檢測及診斷技術，對于機械設備出現的隱患能及時察覺并進行處理，能幫助機械設備更好地運行，為企業的安全生產保駕護航。在實際工作中，對機組的工作狀態下的溫度、振動情況、轉速等進行監控，從而對機組的運行狀況進行實時地判斷以及了解;此外，實際工作中的關鍵特征信號要取得，這有利于現場動平衡的實現。

4 ?結束語

科技的進步使得人們解放于危險工作，不再從事艱苦環境的勞動，所以，設備的安全、穩定運行十分重要。在設備安裝、調試過程中，一定要耐心、細致，在運行過程中，要定期進行檢查，及時發現隱患并進行處理。[5]本文通過對CENTAC離心式空氣壓縮機調試及故障排除的探討，給運行維護工作提供了一定的經驗，希望對同行業工作所有幫助。

參考文獻：

[1]劉曉帆.離心式空氣壓縮機故障診斷系統關鍵技術研究[D].中國礦業大學，2019.

[2]章劍林.離心式空氣壓縮機的調試及故障排除[J].科技資訊，2014，12（13）：101-102.

[3]Castro A， Andrés A. Sedano， Fco. Javier García， et al. Application of a Multimedia Service and Resource Management Architecture for Fault Diagnosis[J]. Sensors， 2017， 18（1）：68.

[4]周杰，宋蟄存.機械系統狀態監控與故障診斷綜述[J].森林工程，2004，20（2）：29.

[5]孔岱.基于Petri網的離心式壓縮機故障診斷研究[D].西南石油大學，2017.