任更書，姜 義

（大慶石化公司化工三廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

與傳統(tǒng)的其他類型壓縮機(jī)相比，雙螺桿壓縮機(jī)技術(shù)較為新穎、發(fā)展時(shí)間較為短暫，但是其對(duì)現(xiàn)代工業(yè)具有極為重要的作用。

1 雙螺桿壓縮機(jī)概述

1.1 基本結(jié)構(gòu)

在雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)中，會(huì)將一對(duì)螺旋轉(zhuǎn)子平行放置在“∞”形圓柱體中，這樣螺旋轉(zhuǎn)子之間會(huì)形成良好的物理嚙合。結(jié)構(gòu)中成對(duì)出現(xiàn)的螺旋轉(zhuǎn)子，分為陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子：陽轉(zhuǎn)子是指在整個(gè)圓柱體結(jié)構(gòu)外并具備凸齒的轉(zhuǎn)子，行業(yè)內(nèi)也將其稱之為外螺紋；陰轉(zhuǎn)子是整個(gè)圓柱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部并具備凹齒的轉(zhuǎn)子，行業(yè)內(nèi)根據(jù)其外形特點(diǎn)也會(huì)將其稱之為蝸牛。在多數(shù)的應(yīng)用場景中，使用者以及相關(guān)技術(shù)人員會(huì)在雙螺桿壓縮機(jī)機(jī)身的兩側(cè)切割出固定尺寸與形狀的孔洞，它們按照實(shí)際功能劃分可以分為吸氣孔洞與排氣孔洞。顧名思義，前者的作用是在雙螺桿壓縮機(jī)工作時(shí)吸氣，后者則是排氣。從結(jié)構(gòu)上分析，雙螺桿壓縮機(jī)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)整體更為簡潔，安裝后的調(diào)整工作十分便利，機(jī)體運(yùn)行平穩(wěn)，實(shí)際效能與可靠性很高。其實(shí)，雙螺桿壓縮機(jī)十分常見，家用冰箱的制冷壓縮機(jī)就采用了這一結(jié)構(gòu)。

1.2 工作原理

螺桿壓縮機(jī)的整個(gè)工作流程可以劃分為吸氣、壓縮和排氣3 個(gè)階段，在工作循環(huán)內(nèi)，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)將會(huì)圍繞著整個(gè)轉(zhuǎn)體來進(jìn)行工作，結(jié)構(gòu)體中每一對(duì)相互嚙合的陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子都會(huì)按照特定的工作順序，來完成對(duì)應(yīng)的循環(huán)工作內(nèi)容。雙螺桿壓縮機(jī)需要對(duì)外螺紋與內(nèi)螺紋的尺寸進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，在工作過程中其轉(zhuǎn)子的具體尺寸需要根據(jù)對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比來設(shè)計(jì)，預(yù)定尺寸的陰轉(zhuǎn)子與陽轉(zhuǎn)子將會(huì)在對(duì)應(yīng)的圓柱狀結(jié)構(gòu)體中通過。同時(shí)，嚙合后的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行反方向旋轉(zhuǎn)工作時(shí)，會(huì)直接帶動(dòng)相關(guān)結(jié)構(gòu)完成對(duì)應(yīng)的空氣壓縮工作，陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子的協(xié)同工作，會(huì)將嚙合齒位置的空間體積結(jié)構(gòu)形成一個(gè)“V”形，同時(shí)，嚙合齒的連續(xù)膨脹會(huì)在對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)位置形成真空，這樣對(duì)應(yīng)的空氣就會(huì)在外界壓力作用下從設(shè)定好的入口進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部。轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，其陽轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子之間的嚙合將會(huì)分離，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)內(nèi)的空間進(jìn)一步增大，而這個(gè)過程將會(huì)讓吸氣口吸入大量的空氣，而此時(shí)嚙合齒之間的體積變化將會(huì)封堵對(duì)應(yīng)的空氣入口，所有空氣都會(huì)被有效地封閉在對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)中。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)工作時(shí)，空間內(nèi)的氣體就會(huì)被壓縮，當(dāng)陰陽轉(zhuǎn)子繼續(xù)工作，對(duì)應(yīng)的排氣口將會(huì)在壓縮后打開，從而完成整個(gè)壓縮機(jī)工作過程的抽吸、壓縮和排氣。

1.3 分類

雙螺桿壓縮機(jī)根據(jù)其規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及運(yùn)行方式的差異，有著多種不同的分類形式：按運(yùn)行方式的劃分較為常見，可以分為無油壓縮機(jī)和燃油噴射壓縮機(jī)；按壓縮空氣的目的，可以分為制冷、空氣壓縮與過程壓縮3 種，相對(duì)應(yīng)地可以將雙螺桿壓縮機(jī)分為制冷壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)與過程壓縮機(jī)；根據(jù)整體結(jié)構(gòu)，其可分為開式壓縮機(jī)與閉合式壓縮機(jī)，還可以分為移動(dòng)式與固定式。其實(shí)，每一種類型壓縮機(jī)的實(shí)際工作原理大體相同，只是會(huì)在不同的應(yīng)用場景中采用不同的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而滿足不同特殊環(huán)境的應(yīng)用要求。

1.4 特點(diǎn)

壓縮機(jī)的本質(zhì)是壓縮空氣體積來達(dá)到特定的工業(yè)目的，從這一點(diǎn)來看傳統(tǒng)的往復(fù)式壓縮機(jī)與當(dāng)前使用的螺桿式壓縮機(jī)是相同的，都是一種利用容積的變化來形成氣壓差，進(jìn)而完成對(duì)應(yīng)的抽吸與壓縮過程。與其他壓縮機(jī)相比，雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)非常明顯，它可以像離心式壓縮機(jī)一樣，讓轉(zhuǎn)子在對(duì)應(yīng)的氣缸結(jié)構(gòu)中連續(xù)高速運(yùn)行，同時(shí)可以利用多相混合介質(zhì)，整體運(yùn)行過程可靠性更強(qiáng)，應(yīng)用場景的適應(yīng)能力也更強(qiáng)，實(shí)際動(dòng)力效果較為均衡，并可以隨意調(diào)節(jié)。不過，雙螺桿壓縮機(jī)自身最大的缺陷就是造價(jià)高昂，并且在極特殊的情況下，例如微壓或高壓環(huán)境，這一弱點(diǎn)直接導(dǎo)致了其的實(shí)際使用規(guī)模較小。

2 雙螺桿壓縮機(jī)的常見故障形式

在工作過程中，雙螺桿壓縮機(jī)出現(xiàn)的故障也多種多樣，并且這些故障影響以及后果各不相同，有一些故障可能會(huì)降低企業(yè)效率、影響企業(yè)效能，對(duì)整個(gè)工業(yè)生產(chǎn)帶來極為嚴(yán)重的影響。結(jié)合相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)，對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行故障分析，找到壓縮機(jī)運(yùn)行過程中的常見故障，可以促進(jìn)相關(guān)技術(shù)人員對(duì)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)以及工作進(jìn)行更為合理的改造，提高整體設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性。

雙螺桿壓縮機(jī)其結(jié)構(gòu)簡單，所需要使用的零件較少，相對(duì)于傳統(tǒng)的壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)，對(duì)于故障的分析與分類更為簡潔。從結(jié)構(gòu)上分析，雙螺桿壓縮機(jī)可以分為陰陽轉(zhuǎn)子、殼體、軸承、軸封、機(jī)械密封、同步齒輪等構(gòu)件，而這些構(gòu)件就是各類故障可能爆發(fā)的根源點(diǎn)。

（1）陰陽轉(zhuǎn)子故障。陰陽轉(zhuǎn)子在進(jìn)行嚙合工作時(shí)，其接觸面會(huì)形成一個(gè)很大的擠壓作用力，這種現(xiàn)象就造成了陰陽轉(zhuǎn)子的實(shí)際嚙合工作表面容易出現(xiàn)片狀剝離層，并形成較為明顯的擠壓痕跡，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的工作也會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)體頂部的密封構(gòu)件造成磨損。

（2）軸承故障。帶動(dòng)陰陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承在長期工作后，因其長期處于高壓環(huán)境，其表面與內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。

(3)使用車門高度調(diào)整工裝調(diào)整門頁，以保證門頁與車體鼓形重合一致。車門高度調(diào)整工裝為1塊厚10 mm的鋁型材，調(diào)整門頁高度時(shí)將該工裝放在門檻上，然后將門頁放置于工裝上，最后擰緊相關(guān)緊固螺栓。此方法可保證門頁到門檻距離為10 mm±2 mm(見圖11)，即保證了門頁與車體鼓形重合一致。

（3）密封故障。雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)體有著完整的密封結(jié)構(gòu)，并且陰陽轉(zhuǎn)子的壓縮空間也要求具有著良好的密封性能，但是在長期工作后，其機(jī)械密封性會(huì)下降，進(jìn)而出現(xiàn)壓縮泄漏的現(xiàn)象。

（4）氣缸、軸封及同步齒輪故障。同步齒輪軸頸、軸封和壓縮機(jī)氣缸的出口部分，在長期機(jī)械磨損的情況下很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的破損現(xiàn)象，同時(shí)轉(zhuǎn)子氣缸內(nèi)部的防腐結(jié)構(gòu)也會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的工作而逐漸剝落，進(jìn)而影響了壓縮機(jī)的整體工作性能。

（5）輔助結(jié)構(gòu)的故障。壓縮機(jī)設(shè)備在工作時(shí)，不僅要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)還需要有其他外部支持，如果其能量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致排氣壓力過高，同時(shí)排氣過程所產(chǎn)生的溫度以及能耗也會(huì)增加，進(jìn)而造成系統(tǒng)在工作時(shí)出現(xiàn)異常噪聲。

3 雙螺桿壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)

3.1 故障診斷技術(shù)概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，信息化技術(shù)開始與雙螺桿壓縮機(jī)運(yùn)行相融合，人們將螺桿壓縮機(jī)工作過程所產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與整合，在針對(duì)不同故障所具備的相關(guān)特性前提下，總結(jié)出一整套故障診斷技術(shù)。對(duì)于雙螺桿壓縮機(jī)的故障診斷，其核心要素在于各類信息的采集，例如工作時(shí)的環(huán)境壓力以及壓縮過程中壓力變化、轉(zhuǎn)子工作的溫度以及結(jié)構(gòu)體工作過程所產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲、整個(gè)結(jié)構(gòu)工作時(shí)所產(chǎn)生能耗等，這些數(shù)據(jù)在進(jìn)行對(duì)應(yīng)的線性對(duì)比后，可以有效的判斷出壓縮機(jī)是否發(fā)生了相應(yīng)的故障。對(duì)于壓縮機(jī)的故障診斷工作，其核心在于故障的分析，但是它也只是整個(gè)診斷過程的一部分。當(dāng)前，大多數(shù)企業(yè)在使用壓縮機(jī)的過程中，采取的維護(hù)方式為定期檢查，通過定期維護(hù)來查找是否發(fā)生故障，在壓縮機(jī)可能出現(xiàn)故障的周期內(nèi)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。但是，這種工作模式既不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)所存在的故障，也會(huì)造成相應(yīng)的人力資源浪費(fèi)。對(duì)于故障本身來講，故障診斷的關(guān)鍵點(diǎn)在于預(yù)測，也就是一旦發(fā)現(xiàn)故障預(yù)兆，就要終止對(duì)應(yīng)壓縮機(jī)設(shè)備的工作程序，同時(shí)根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)以及所產(chǎn)生的故障特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行特定的維護(hù)。預(yù)測性質(zhì)的維護(hù)理論，不僅僅減少了維護(hù)成本，節(jié)約了企業(yè)在設(shè)備維護(hù)上所投入的時(shí)間，還可以有效減少故障對(duì)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)體的破壞，延長設(shè)備的使用壽命，進(jìn)而大幅提升企業(yè)的生產(chǎn)效益。

壓縮機(jī)的故障診斷工作可以分為3 個(gè)方向：工作狀態(tài)監(jiān)測、故障識(shí)別診斷和故障發(fā)生預(yù)測。在實(shí)際的應(yīng)用場景中，針對(duì)所采用的方法不同，還可以劃分為直接診斷與間接診斷、功能診斷和外部診斷、簡單診斷和準(zhǔn)確診斷以及更為規(guī)范性的定期診斷與實(shí)時(shí)監(jiān)測。診斷過程中，需要針對(duì)其相關(guān)的位置進(jìn)行分析，壓縮機(jī)的組件、結(jié)構(gòu)、單元等都是故障診斷的范疇。當(dāng)前，技術(shù)人員在實(shí)際工作中，可以根據(jù)磨損殘留檢測方法來進(jìn)行檢測，這種以直接觀察為主的檢測方式還包括操作性能以及工作時(shí)的振動(dòng)噪聲等。

3.2 信號(hào)診斷方式

信號(hào)診斷法隸屬于非接觸式診斷方式，主要是利用相關(guān)傳感器來獲取對(duì)應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中，往往可以十分便利地找到對(duì)應(yīng)的故障對(duì)象。對(duì)這些信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之后，可將診斷方法分為以下3 種。

（1）整體時(shí)域波形分析。時(shí)域波形的信號(hào)數(shù)據(jù)量很大，作為一種原始的信號(hào)模式，其理解難度較低，觀察起來十分便捷。在對(duì)時(shí)域波形信號(hào)進(jìn)行整體分析過程中，其正常信號(hào)往往表現(xiàn)為正弦，根據(jù)這一原理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)波形出現(xiàn)明顯的幅度變化或者波形中存在毛刺以及沖擊現(xiàn)象時(shí)，就可以定性為異常。

（2）單通道頻譜分析。時(shí)域信號(hào)雖然在分析上十分便捷，但是其自身有很大的局限性，只能反映出對(duì)應(yīng)的信號(hào)是否異常，對(duì)具體的故障缺少指導(dǎo)作用。與之相比，頻域信號(hào)可以將對(duì)應(yīng)的能量以及功率數(shù)據(jù)很好地展現(xiàn)出來，在故障診斷過程中其對(duì)于尋找故障原因以及發(fā)生故障的具體部件有著重要作用。單通道信號(hào)頻譜圖可以將轉(zhuǎn)子不對(duì)中、不平衡、碰磨等各類異?，F(xiàn)象很好地展現(xiàn)出來。

（3）雙通道軸心軌跡分析。雙通道軸心軌跡分析有一個(gè)很好聽的名字，叫做李薩圖形，其基礎(chǔ)原理在于，同一位置兩個(gè)在空間位置處于垂直關(guān)系上的傳感器同步采集數(shù)據(jù)，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)波形顯示出來。對(duì)李薩圖形進(jìn)行分析，可以找到對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子的工作狀態(tài)，同時(shí)，電渦流傳感器可以有效測量出結(jié)構(gòu)體內(nèi)轉(zhuǎn)軸徑向位移所帶來的振動(dòng)效應(yīng)。如果整個(gè)圖形較為規(guī)整，并且符合對(duì)應(yīng)的特性，那么就說明其振動(dòng)位移很小。另外，這種獲得轉(zhuǎn)子空間運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)還可以對(duì)不平衡、不對(duì)中、碰磨等各類異常現(xiàn)象進(jìn)行診斷。

3.3 其他分析方式

壓縮機(jī)在工作時(shí)，需要滑動(dòng)軸承來完成轉(zhuǎn)子設(shè)備的工作支撐。上面的這些診斷方法均是對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)以及振動(dòng)信息的分析，還需要借助其他方法來確定軸承結(jié)構(gòu)的安全，如油樣分析法。油樣分析法即對(duì)軸承的潤滑油進(jìn)行分析，采用的方式主要有：①油樣光譜分析，可以對(duì)有色金屬軸承的質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)測；②油樣鐵譜分析，可以檢測出軸承結(jié)構(gòu)中可能存在的磨損殘?jiān)臄?shù)量、粒度等；③磁塞檢查法，適用于磨損殘?jiān)叽巛^大的狀況；④濾膜檢測法、紅外光譜法等其他濾膜檢測形式。

油樣分析法的針對(duì)主體為壓縮機(jī)的工作軸承，不適合進(jìn)行在線操作，實(shí)際工作中需要結(jié)合信號(hào)診斷分析的方式來進(jìn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)雙螺桿壓縮機(jī)故障進(jìn)行的診斷分析，可以讓相關(guān)技術(shù)人員更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生點(diǎn)，同時(shí)也可以促進(jìn)壓縮機(jī)水平的提升，對(duì)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展與相關(guān)設(shè)備的維護(hù)工作有著重要意義，是雙螺桿壓縮機(jī)發(fā)展與技術(shù)提升過程中不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié)。