對(duì)由潤(rùn)滑油問題引起故障的空壓機(jī)診斷實(shí)例

1、對(duì)由潤(rùn)滑油問題引起故障的空壓機(jī)診斷實(shí)例Stanley R. Bognatz, P.E.Asset Care Team LeaderBently Nevada Corporatione-mail: stanley.bognatz HYPERLINK /bnprc/vibration25/diagnosef1.htm 點(diǎn)擊放大圖1：機(jī)器總體示意圖及相關(guān)數(shù)據(jù)列表 HYPERLINK /bnprc/vibration25/diagnosef2.htm 點(diǎn)擊放大圖2：第3級(jí)壓縮機(jī)軸承的半頻譜圖 HYPERLINK /bnprc/vibration25/diagnosef3.htm 點(diǎn)擊放大圖3：微粒計(jì)數(shù)

2、趨勢(shì)結(jié)果潤(rùn)滑油分析等技術(shù)可以提供對(duì)機(jī)器狀態(tài)的新的深入了解，以及對(duì)振動(dòng)分析的機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)能力的補(bǔ)充。本特利內(nèi)華達(dá)公司機(jī)械故障診斷服務(wù)部(MDS)及資產(chǎn)管理（AssetCare，AC)研究小組使用上述手段及其它工具幫助我們的客戶解決困難的機(jī)械問題。本案例研究中將討論將上述技術(shù)集成至一個(gè)預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃中的重要性。背景資料今年的早些時(shí)候，本特利公司的MDS被要求對(duì)某客戶的大型（4級(jí)，齒輪連接）空氣壓縮機(jī)的問題進(jìn)行故障診斷。圖1所示為機(jī)器的總體示意圖及相關(guān)的數(shù)據(jù)列表。壓縮機(jī)的兩個(gè)小齒的軸各由兩個(gè)徑向軸承支撐，且每個(gè)軸承各由一個(gè)安裝在鄰近軸承的本特利公司生產(chǎn)的電渦流傳感器監(jiān)測(cè)，以測(cè)量轉(zhuǎn)軸相對(duì)于軸承座的振動(dòng)

3、。所有傳感器連接至在線的本特利3300系列振動(dòng)監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)。電機(jī)及減速齒輪軸各由兩個(gè)滑動(dòng)軸承支撐，但并未安裝任何永久安裝的振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。這種非常有限的振動(dòng)監(jiān)測(cè)（缺少XY兩方向振動(dòng)監(jiān)測(cè)，缺少鍵相位傳感器，減速齒輪和電機(jī)上沒有監(jiān)測(cè)），雖被認(rèn)為對(duì)機(jī)械進(jìn)行故障診斷是非常不充分的，但其卻是提供給這種齒輪連接的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的典型配置。一般來說，這種配置在某種意義上限制了振動(dòng)分析。本案例分析中的數(shù)據(jù)采集采用本特利公司的便攜式數(shù)據(jù)采集器Snapshot for Windows CE及本特利公司的System1 軟件平臺(tái)。Snapshot 裝置連接至3300系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)器上以采集壓縮機(jī)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，而一個(gè)臨時(shí)安裝的

4、傳感器則被用于進(jìn)行從電機(jī)和減速齒輪的軸承上采集數(shù)據(jù)。相關(guān)的過程數(shù)據(jù)測(cè)點(diǎn)也同時(shí)被組態(tài)至System1 中并采樣，以進(jìn)行對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析。振動(dòng)分析在過去的數(shù)次檢測(cè)中，工廠的預(yù)測(cè)維修（PDM）程序發(fā)現(xiàn)了在壓縮機(jī)的第3和第4級(jí)上振動(dòng)水平在逐漸地且連續(xù)地增高。當(dāng)本特利公司的MDS到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，所測(cè)量到的轉(zhuǎn)軸振動(dòng)為1.0密耳峰-峰值(mil，pp)。這種振動(dòng)水平被認(rèn)為處在 長(zhǎng)期運(yùn)行允許值的邊緣狀態(tài)。對(duì)電渦流傳感器的信號(hào)進(jìn)行的半頻譜分析顯示，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)以工頻振動(dòng)（1X)為主要成分。圖2所示為第3級(jí)軸承處的半頻譜。在第1級(jí)和第2級(jí)轉(zhuǎn)子上測(cè)量到的振動(dòng)略低，分別為0.6milpp和0.8milpp，同樣1

5、X分量為主。對(duì)于振動(dòng)的增加，軸承的磨損應(yīng)為所考慮的可能性之一。為幫助進(jìn)行軸承磨損的評(píng)估，通常應(yīng)檢查電渦流傳感器的直流間隙電壓。非常值得指出的是應(yīng)該牢記電渦流傳感器提供兩種重要的測(cè)量：轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)(交流電壓成分)和轉(zhuǎn)軸表面至傳感器端部的平均距離（間隙）（直流電壓成分）。通過對(duì)直流間隙電壓對(duì)時(shí)間的趨勢(shì)即可確定轉(zhuǎn)軸的表面是否正在遠(yuǎn)離傳感器的端部，而這正是軸承烏金磨損或其它力的結(jié)果。不幸的是，工廠所使用的便攜式數(shù)據(jù)采集器并未測(cè)量直流電壓分量，也更未對(duì)其進(jìn)行趨勢(shì)記錄以提供轉(zhuǎn)軸移動(dòng)的歷史記錄。本特利公司的MDS轉(zhuǎn)而對(duì)工廠的維修記錄和潤(rùn)滑油分析的歷史記錄進(jìn)行研究以查找進(jìn)一步線索。維修記錄工廠的有關(guān)人員報(bào)告在

6、過去的兩次檢查中，不同程度的焦渣均在壓縮機(jī)的第3級(jí)和第4級(jí)的軸承中被發(fā)現(xiàn)，迫使軸承被更換。包括相關(guān)的材料和人力費(fèi)用，每次給工廠造成的費(fèi)用達(dá)4千美元。焦渣，或稱為碳沉積物，通常由潤(rùn)滑油氧化所導(dǎo)致。這是一種部分氧化的有機(jī)物的形成物，由高溫、高機(jī)械應(yīng)力，及/或有氧狀態(tài)下潤(rùn)滑油與某些雜質(zhì)的反應(yīng)所導(dǎo)致。油泥和漆狀墨油是早期氧化的典型的副產(chǎn)品。隨著進(jìn)一步的氧化，這些副產(chǎn)品則被轉(zhuǎn)化為腐蝕性的羧酸，它可以腐蝕許多機(jī)械部件的表面。潤(rùn)滑油分析作為工廠的預(yù)測(cè)性維修（PDM)計(jì)劃的組成部分，潤(rùn)滑油每季度被采樣一次并送至獨(dú)立的試驗(yàn)室進(jìn)行分析。本特利公司的MDS查閱了最近的數(shù)據(jù)并發(fā)現(xiàn)： 3ppm的銅含量 - 似為軸承烏金

7、成分，也是一種污物并加速氧化。 10ppm的硅 - 由于對(duì)環(huán)境空氣的過濾不良產(chǎn)生的特別的雜質(zhì)。 水分為“ 0.1%” (1,000ppm)，- 粗略測(cè)量。 39ppm的鋅含量（添加量）- 2000年3月以來的最低量，并呈下降趨勢(shì)。 70ppm的磷含量（添加量）- 為測(cè)量范圍的底限。 36.4CSt粘度值（40oC) - 高于此種潤(rùn)滑油的采樣參考值31.6CSt約15.2%。微粒計(jì)數(shù)指標(biāo)達(dá)最高歷史值且趨勢(shì)向上，表明潤(rùn)滑油系統(tǒng)中的雜質(zhì)正在積累。雖然上述各項(xiàng)中無一單項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到報(bào)警，或單個(gè)指示潤(rùn)滑油存在問題，但統(tǒng)計(jì)數(shù)指出潤(rùn)滑油的添加量正在變質(zhì)，軸承磨損正在發(fā)生，且所發(fā)現(xiàn)的機(jī)械問題很可能與潤(rùn)滑油相關(guān)。因

8、此，對(duì)潤(rùn)滑油再次進(jìn)行了進(jìn)一步的分析，同時(shí)本特利公司的MDS對(duì)機(jī)械的維修記錄進(jìn)行再次分析以查找可能的內(nèi)部原因。故障原因記錄顯示，原始裝填潤(rùn)滑油- 一種輕礦質(zhì)透平油-自1995年投運(yùn)開始使用至今。從那時(shí)起，僅進(jìn)行過必須的油添加補(bǔ)充。此油種的潤(rùn)滑油特性顯示，其應(yīng)用范圍適宜于冷態(tài)，相對(duì)低速，且不宜過低溫。本特利內(nèi)華達(dá)公司過去曾觀察到數(shù)次由于這種潤(rùn)滑油的錯(cuò)誤使用所引起的軸承失效，特別是在高速或較高溫度情況下的應(yīng)用。建議根據(jù)對(duì)對(duì)所測(cè)量的振動(dòng)數(shù)據(jù)、油分析數(shù)據(jù)、及維修記錄所作的分析，本特利公司MDS向工廠提出了如下建議，以改進(jìn)此種壓縮機(jī)的可靠性：對(duì)軸承進(jìn)行檢查，并對(duì)間隙進(jìn)行仔細(xì)測(cè)量。即便是輕微超過間隙允許值的

9、軸承也會(huì)導(dǎo)致較低的動(dòng)剛度引起振動(dòng)的增加。應(yīng)使用合成潤(rùn)滑油（推薦Polyalphaolefin,PAO)以提供改善的潤(rùn)滑油特性（見表1）。在此例中，最重要的特性就是凝固點(diǎn)（PourPoint)和粘度指數(shù)。 表1 潤(rùn)滑油特性比照表動(dòng)粘度類型凝固點(diǎn)F閃點(diǎn)FcSt40cSt100粘度指數(shù)ISO粘度級(jí)現(xiàn)有潤(rùn)滑油2040030.45.19532推薦的PAO合成油-5544032.06.013832 在添加新潤(rùn)滑油前對(duì)油箱進(jìn)行徹底清洗，以避免殘余的雜質(zhì)造成污染。裝置應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)8至10小時(shí)以對(duì)油系統(tǒng)進(jìn)行徹底的沖洗，油應(yīng)被排掉，油箱重新充油。 在未來的水分分析中，應(yīng)采用卡爾-費(fèi)歇爾水分測(cè)定試驗(yàn)（ Karl-Fisc

10、her， ASTM D1744)取代正在使用的“ Crackle試驗(yàn)” ?！?Crackle試驗(yàn)” 相對(duì)不夠靈敏，通常僅用于檢測(cè)濕度成分大于0.05%(500ppm)。經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)水分水平僅為200ppm至300ppm時(shí)也會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油特性及油的使用壽命產(chǎn)生明顯的和有害的影響，同時(shí)也會(huì)加重腐蝕。ASTMD1744試驗(yàn)提供的精確度高達(dá)0.001%(10ppm)，并提供乳化及純水計(jì)數(shù)。對(duì)于雜質(zhì)的積累，建議對(duì)過濾器進(jìn)行檢查，以確認(rèn)是否存在阻塞或?yàn)V網(wǎng)失效。同時(shí)建議考慮更換更好的濾網(wǎng)以提高過濾效果。因?yàn)V網(wǎng)加密導(dǎo)致的抽氣降低損失不應(yīng)成為問題，因?yàn)楣S僅使用了不到壓縮機(jī)的總?cè)萘康?5。 結(jié)束語(yǔ)任何預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃的目的都是以最小的維修費(fèi)用來提高可靠性和可用率。本案例分析指出，無論是對(duì)于選擇采集數(shù)據(jù)的類型，還是隨后對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的分析，經(jīng)良好訓(xùn)練的專業(yè)人員對(duì)于工廠的預(yù)測(cè)性維修計(jì)劃的努力都是非常必要的。本案例中，僅有非常有限的數(shù)據(jù)一定周期的振動(dòng)和潤(rùn)滑油分析數(shù)據(jù)，但在工廠中沒有經(jīng)良好培訓(xùn)的專業(yè)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及對(duì)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系進(jìn)行分析。同時(shí)，采集到的數(shù)據(jù)并不象理想的那樣完備，如較早提到的檢測(cè)間隙電壓的趨勢(shì)指示軸承的磨損及較高范圍的試驗(yàn)?zāi)芰Γ↘arl-Fischer）以檢測(cè)潤(rùn)滑油中水分的存在。