双螺杆式空气压缩机故障诊断与维修

刘 盛，马 慧

（中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，四川绵阳 621900）

0 引言

螺杆式空气压缩机分为单螺杆式压缩机及双螺杆式压缩机，双螺杆式压缩机由于其结构构造更加合理，克服了单螺杆式空气压缩机不平衡、轴承易损的问题，能在大的压力差或压力比的工况下工作，排气温度低，有良好的输气量调节性，广泛应用在各个领域。无论国内或是国外，其市场占有率逐年攀升，在空气压缩机市场的市场占有率达到了80%[1]。熟悉掌握双螺杆式空气压缩机的工作原理，及时彻底的排除故障才能保障安全生产用气的需求。

1 GA160 型双螺杆式喷油空气压缩机结构与工作流程

阿特拉斯GA160 型双螺杆式喷油空气压缩机结构如图1所示。

图1 阿特拉斯GA160 型双螺杆式喷油空气压缩机结构[2]

（1）空气流程：由过滤器滤去尘埃之后，空气经由节流阀（又称加卸载阀）进入主压缩室压缩，并与润滑油混合；被压缩的混合空气被排至油气桶，然后再经由油气分离器、后冷却器及疏水器送入使用系统。

（2）润滑油流程：油气桶内压力将润滑油压出，经油冷却器，油过滤器除去杂质颗粒，然后分成两路，一路从机体下端喷入压缩室，冷却压缩气体；另一路通到机体两端，润滑轴承组，而后各部分的润滑油再聚集于压缩室底部，由排气口排出。与油混合的压缩空气排入油气桶后，绝大部分的油沉淀于油气桶的底部，其余的含油雾空气再经过油气分离器进一步过滤除去剩余的油，并参与下一个循环。

2 故障现象

技术保障中心空压站一台阿特拉斯GA160 型双螺杆式喷油空气压缩机，在正常使用过程中偶发故障停机，触发远程上位机监控报警，此时值班人员到现场查看，发现故障停机，但未能查看到报警信息，其机载Elektronikon 电脑控制器报警条件一旦消失，报警信息便会消失，按复位键消除报警指示后立即可正常启用。几天或间隔一两周后，该故障又重复出现。

3 故障诊断及处理

由于故障偶发，且报警停机后前去检查空气压缩机各部位在停机状态下未发现任何异常，每次故障停机按复位键消除报警指示后立即可正常启用。对此，采集空气压缩机运行实时状态绘制趋势曲线，确认故障触发时状态显得尤为重要。技术保障中心远程上位监控计算机采用西门子WINCC 组态，通过串口MODBUS RTU 协议实时监控5 台空气压缩机工作状态，其趋势曲线界面组态为监控管网压力、流量与露点显示。为判断故障，临时在WINCC 变量记录归档中添加故障压缩机出口压力、机头喷油压力、运行状态、加载状态、正常状态变量，编辑趋势曲线的组态，使其记录指定空气压缩机运行状态（图2）。

图2 变量记录设置

通过WINCC 趋势曲线可实时查看运行状态，也可回调查看变量记录归档历史数据，不用长时间坚守现场捕捉故障瞬时状态。完成配置后再次出现故障，通过趋势曲线历史记录可观察到故障发生在空气压缩机卸载时，出现了短暂机头喷油压力陡然上升并与出口压力相当，对准确定位故障提供了重要消息（图3）。该GA160 型双螺杆式喷油空气压缩机机头喷油压力起动保护设置为4.5 bar（0.45 MPa），故障时机头喷油压力反馈超过起动保护限制与信号延迟时间60 s，从而触发故障停机。

图3 趋势曲线监视

故障触发条件已捕捉到，但是什么导致机头喷油压力陡然上升并与出口压力相当，还需从双螺杆式喷油空气压缩机结构分析。从工作流程可以看到润滑油压力受最小压力阀控制，它保证压缩机的内部油压不低于3～4 bar（0.3～0.4 MPa），使压缩机内部润滑油良好循环，并且最小压力阀也有单向阀的作用，防止卸载时管网中的压缩空气倒流。而故障触发正处于空气压缩机卸载时，此时压缩室进口节流阀处于卸载状态，仅10%空气流量吸入维持运转，最小压力阀在弹簧力作用下应关闭。但偶尔最小压力阀在卸载时关闭不良，使管网中的压缩空气倒流，形成机头喷油压力陡然上升并与出口压力相当，进而触发机头喷油压力起动保护停机。将最小压力阀拆机后更换故障排除。

4 结束语

偶发性故障是故障维修过程中难度较大的故障类型之一，它的出现可能几小时、几天甚至几周一次。如果无法及时记录设备关键检测点故障发生时的状态，确定故障原因和排除各种可能性将花费大量的经历与时间。本次利用远程上位监控计算机WINCC 组态软件变量记录与趋势曲线功能辅助故障诊断,对类似偶发故障处理有一定借鉴意义。