离心式空气压缩机的调试及故障排除

王永健 陆君君

摘要： 空压机在诸多行业都有应用，常见类型有活塞式空气压缩机、螺杆式空压机、离心式压缩机等等。本文以某型号离心式空压机组为例进行该类空压机的调试以及故障排除论述。首先阐述离心式空气压缩机调试及故障诊断、排除的重要意义，然后对CENTAC离心式空压机进行简介，之后对设备的调试及故障原因进行探讨分析，并提出解决措施，对离心式空气压缩机故障诊断技术发展趋势进行展望，希望对同行业工作人员操作有所帮助。

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.

关键词： 离心式空气压缩机;控制原理;调试;故障排除

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

中图分类号：U469.7                                      文獻标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2022）03-0073-03

0  引言

离心式空气压缩机在工作过程中，工作介质为空气，利用它的叶轮组件将气体带动起来，并做高速旋转动作，进而进行不间断的压缩空气生产工作。该种类型的空压机优点很多，比如工作寿命长、稳定、供气品质高、可靠等，因此在工程领域应用十分广泛。[1]

1  离心式空气压缩机调试及故障诊断、排除的重要意义

大型设备安装完毕一定要进行充分的调试与试车才可以实际投入使用，以防在实际运行过程中出现故障给企业带来损失。从上世纪的八十年代开始，我国就已经开始着手设备故障诊断技术的研究了。在研究过程中，不断借鉴发达国家的先进经验，再结合国内实际情况进行研发与应用，在石化、化工、电力、航空、钢铁等行业都取得应用，成果显著。目前这项技术在原有的设备故障分析、检测、防治方面基础上，又发展出性能判别、质量监督、可靠性分析、维护管理等方面的重要技术手段。离心式空气压缩机在安装调试之后出现故障问题，一定要及时进行诊断与排除，总结经验，为将来的实际运行提供宝贵的参考。

本文以CENTAC离心式空压机的安装、调试，以及在调试过程中出现的问题、所采取的应对措施等为切入点，总结提出离心式空气压缩机的调试和故障排除的典型经验，以期为同行业提供一些借鉴作用。

2  离心式空气压缩机的调试与故障排除

2.1 CENTAC离心式空压机简介

在航空发动机零部件试验中，空压机起到十分重要的保障作用。仪表工艺用气、零部件试验环境的建立都离不开空压机提供的压缩空气。为保障高质量的、稳定的试验用压缩空气，原来的流量小、使用年限长的设备已被体积小、流量大的新设备所代替。这种新设备就是英格索兰离心式空压机。

CENTAC离心式空压机具备诸多优点，重量轻、体积小、流量大、运行效率高、供气均匀等。该种类型的离心式空压机所采用的控制系统十分先进，其运行效率较其他类型空压机高，状态较稳定，而且成本不高。在实际工作中，更能节省动力消耗，与其他机型相较更易于操作，在防止喘振和降低故障发生频率方面表现也十分优秀。

CENTAC压缩机是一种速度型三级离心式压缩机，其采用的是完全浮动非接触式石墨环密封，工作原理如图1所示。空气通过进气调节阀进入空压机第一级，空气通过叶轮的旋转而获得了较高速度，之后气体就进入扩压部分，完成速度到压力的转换;然后，通过中间冷却器把热量去除，提升效率;最后，通过分离器去除气体冷凝水。在气体被迫通过不锈钢水分分离器后，其所携带的水分会减少。这个过程会有阶段性的重复，一直到压缩机的工作压力达到即告完成。

CENTAC离心式空压机所用的系统是CMC监控系统，对于主电机启动柜、预油泵、油加热器等辅助设备，它们都能进行控制，除此之外，所有压力也都在它们的监测和控制之下。CMC监控系统对于空压机的控制和保护起着十分关键的作用。其恒压控制如图2所示。

该种空压机组的主要参数设定为额定排气压力1.0MPa，主电机功率为6500HP，进气压力0.1MPa，主电机功率为6500HP，水压在0.25MPa与0.55MPa之间，冷却循环水耗水量2800l/min，润滑油压力在0.16MPa与0.21MPa之间。

2.2 离心式空气压缩机的调试

机组安装、主电机测试、机组联轴器连接等工作完成之后，要对机组的各项新年进行测试与调节工作。在调试过程中，机组的喘振点、机械性能、节流电流等都进行了测试与设置工作，对每台新设备都进行了24小时试车运行。在此期间，无论是软启动器、机组等方面，还是辅助设备等方面，都有着不同程度的典型性问题存在。诸如机组运行参数发生较大波动、启动器故障、预润滑油泵工作出现异常、供气阀门异常等问题，下文将进行详细阐述与分析。

2.3 离心式空气压缩机故障排除

2.3.1 机组运行参数发生较大波动及其处理情况

CENTAC离心式空压机采用的监控系统是CMC。这种离心机监视与控制系统是建立在微处理器基础上的。CMC面板含有一个自定义计算机板（基本控制模块），在该板上，有存储芯片、微控制器，可对其他模块进行控制，实行各种输入压力、振动、温度等数据的采集及分析工作。CMC利用喘振保护、性能控制来满足各种压缩空气的系统要求。在机组达到喘振点前，喘振保護动作实施，即打开旁通阀，实现喘振保护效用。旁通阀的打开点是最小负荷，它会把一部分的空气排出至大气，使得压缩空气系统获得所需空气，依然是最小空气量产生，最后避免空气压缩机出现喘振。在分组控制模式下，使用性能控制。该控制通过控制排气阀、进气阀的运动来对空压机耗电量等进行影响和干预，实现机组稳定运行效果。该机组在控制模式选择上，选取的是调整控制。

在机组调试过程中，有一台机组无论是在0.8MPa，还是1.0MPa哪种压力下，机组的进气阀开度、电机电流、系统出口压力都有较大波动出现。将控制参数中的P、I进行了优化，首先将最大与最小负荷的积分时间It调低，然后将最大负荷比例带Pb参数调高。之后不断进行微调与尝试，更改不同负荷状态下的PI参数，最终得到It大概处于0.01rep/sec左右，Pb处于45左右时，机组系统参数正常，波动消失。

2.3.2 供气阀门发生故障及其处理情况

电动金属硬密封蝶阀是气源站中一切供气阀门所选用的一种阀门。该种阀门优点很多，它省力、启闭方便快捷、调节性能好、结构很简单、流体阻力小。但是在实际调试过程中，还是有问题存在的。下面将一一讲解。

一是在某个开度带压情况下无法进行动作。这个主要是因为阀门电机的转矩不够，点动控制阀门的控制信号时有滞后现象出现抑或是精度不高。出现这种情况，则对问题阀门适当地增加转矩，注意在操作过程中，阀门的开、闭要以匀速来调整。

二是阀门出现卡死情况。阀门的蜗轮蜗杆机构卡死会造成阀门无法动作，电机控制板损坏、保险损坏也会造成阀门卡死。一旦该类问题出现，要逐项排除风险点，并将故障的部件及时进行更换。

三是阀门无法远程操作。阀门设置没有在远程控制的位置，I/O通讯中断，阀门的电机控制板发生损坏等等都会导致无法远程。在操作过程中，要按照设备操作手册进行动作，一旦有问题发生，要对现场实际情况进行一一检查，并排除，直至发现故障点并修复。

2.3.3 启动器发生故障及其处理情况

软启动器是本文所述离心式空气压缩机所选取的启动器。在国外，软启动器被称为Soft Starter，它将软停车、轻载节能、软启动以及多种保护功能集成于一体，是一种新型的电机控制装置。软启动器的调压器是采用的三相反并联晶闸管，它接入于电动机定子、电源之间。软启动器在整个机组的运行过程中扮演着十分重要的角色。

当启动完成后，软起动器仍在在使用中，用于监视机组电流电压变化情况，保护机组运行。启动器有着重要作用，在调试过程中，它出现了故障，工作人员也对其进行了修复。

一是发生缺相保护。在工作时，电机因电流缺相发生电机振动。故障发生后，工作人员首先排除自身供电站问题，之后对软启动器进行逐项检查，确认故障是晶闸管单元受损引起的，马上进行功率单元更换工作，之后软启动器正常，机组恢复正常。

二是发生过热保护。调试期间，某台机组突发停运，原因是软启动器报警温度超高。故障发生后，立即进行排查。首先排查晶闸管散热器，查看散热器是否有问题。之后又依次进行排查，发现软启动器微控制器出现故障引起警报误报。对控制器进行更换操作，之后机组运行正常。[2]

以上启动器故障分析说明在设备出现故障时，要第一时间对容易引起设备故障的外部原因进行排查，在逐一排查之后，如果还没有发现原因，那么就要对设备内部进行排查，寻找引起设备故障的内部因素，最终将故障排除。从外到内的排查方式对于快速查找故障大有裨益，可使得设备更好、更稳定地运行。

2.3.4 机组预润滑油泵工作异常及其处理情况

预润滑油泵是负责实现润滑油在整个机组内部循环的设备，使用于机组开机前、停机后。预润滑油泵在空压机停机后、跳闸后、正常运行时的一切动作都是在CMC面板的控制下进行的。将控制面板的电源接通，并在有密封空气的基础上，把预润滑油泵启动。这个时候，机组油箱内的润滑油会在预润滑油泵作用力下发生循环运动，并将机组各相关部件全部润滑。将空气压缩机的启动按钮按下，可编程定时器的启动时间完成之后，预润滑油泵工作将会停下。把停止按钮按下，泵才会再次运转至无密封空气存在或切断电源之时。

机组预润滑油泵如果在正常使用状态，那么就是上文所述的情况。但是在设备安装完毕进行调试时，空气压缩机运转过程当中，预润滑油泵突然自启。在自启时，对机组的油压进行检查，也未发现有异常情况出现。当故障发生后，要马上对现场进行检查。首先查看预润滑油泵的电机，看它是不是还在运转状态，如果是处于正常运转状态则是控制信号的指示装置出现异常，如果停运则控制信号的指示装置无问题。该部分设备确认无问题后，继续对其他部分进行检查。相关的控制接线、油泵等部位查看时，要着重查看有没有出现反转现象，如有则立即排除。在本次操作中，以上步骤均为出现问题，继续对其他部分进行排查。经过进一步排查之后，发现位于润滑油系统管线上的油压感应阀出现异常。使得预润滑油泵和主油泵同时运转的故障发生的原因在于调整螺母。在机组油压调节工序完成之后，忽略了压力感应阀的调整螺母，未对其进行拧紧固定。找出原因后，对其进行拧紧加固，之后机组运行正常。

3  离心式空气压缩机故障诊断技术发展趋势

在基本不拆卸设备的情况下，对设备进行故障诊断可减轻工作负担，也减少因拆卸设备而占用的工作时间。离心式空气压缩机设备状态监测与故障诊断技术可帮助工作人员快速查找故障点，进行维修。这种技术进行的前提是要对设备过去以及现在运行中的各种数据详尽掌握，在这些数据的基础上进行故障以及异常原因分析，还可对设备未来运行情况进行预测，以便干预和解决[3]。这是一种新兴的边缘科学，在多种学科与实际应用需求糅合中产生与发展，所涉及到的有电子学、传感及测试技术、信号处理、计算机技术、识别理论、人工智能专家系统等多种基础性的学科。在这些学科的基础上，设备状态监测与故障诊断技术才得以综合运用[4]。机械设备的种类是非常多的，而且它们的运行参数因机器而异，完全不同。而且不同的机械设备故障形式也不相同，涉及到高参数、高功率类的旋转机械更为复杂。这类设备一般都价格昂贵，是大型的生产装置中起到核心作用的关键设备。其设计、制造、安装以及运维技术的要求很高，如果有故障发生，那么会产生很大的不良影响，严重耽误生产运行。

离心式空气压缩机的在线监测诊断技术的核心指导思想是预防事故发生，保障工作人员人身安全，保障生产设备安全，未雨绸缪，防患于未然。在线监测诊断技术还能将设备维修的传统制度改革创新，将原计划检修造成的过剩维修、漏修等现象减少。有数据表明，在国外，由预防性维修向预知维修的过渡已完成。故障在线监测诊断技术可将故障提前排除，这样使得零部件的使用寿命得以充分利用，维修的速度、精度也得到大幅度的提升，最终可提升企业的经济效益。

在矿用设备中，离心式空气压缩机是非常重要的装置。该装置的转速高、功率大、结构复杂，因此故障原因也很多、故障表现也很多，且故障多为不明显的隐患，比如转子的不平衡，碰摩、叶片故障、轴向窜动等问题。在实际运行中，如果突发故障，将会给生产带来十分不利的影响，甚至造成安全事故。

使用离心机的在线故障检测及诊断技术，对于机械设备出现的隐患能及时察觉并进行处理，能帮助机械设备更好地运行，為企业的安全生产保驾护航。在实际工作中，对机组的工作状态下的温度、振动情况、转速等进行监控，从而对机组的运行状况进行实时地判断以及了解;此外，实际工作中的关键特征信号要取得，这有利于现场动平衡的实现。

4  结束语

科技的进步使得人们解放于危险工作，不再从事艰苦环境的劳动，所以，设备的安全、稳定运行十分重要。在设备安装、调试过程中，一定要耐心、细致，在运行过程中，要定期进行检查，及时发现隐患并进行处理。[5]本文通过对CENTAC离心式空气压缩机调试及故障排除的探讨，给运行维护工作提供了一定的经验，希望对同行业工作所有帮助。

参考文献：

[1]刘晓帆.离心式空气压缩机故障诊断系统关键技术研究[D].中国矿业大学，2019.

[2]章剑林.离心式空气压缩机的调试及故障排除[J].科技资讯，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，宋蛰存.机械系统状态监控与故障诊断综述[J].森林工程，2004，20（2）：29.

[5]孔岱.基于Petri网的离心式压缩机故障诊断研究[D].西南石油大学，2017.