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1、对由润滑油问题引起故障的空压机诊断实例对由润滑油问题引起故障的空压机诊断实例润滑油分析等技术可以提供对机器状态的新的深入了解，以及对振动分析的机械状态监测能力的补充。本特利内华达公司机械故障诊断服务部(MDS)及资产管理（AssetCare，AC)研究小组使用上述手段及其它工具帮助我们的客户解决困难的机械问题。本案例研究中将讨论将上述技术集成至一个预测性维修计划中的重要性。背景资料背景资料Stanley R.Bognatz,P.E.Stanley R.Bognatz,P.E.Asset Care Team LeaderBently Nevada Corporatione-mail:点击放大表今
2、年的早些时候，本特利公司的 MDS 被要求对某客户的大型（4 级，齿轮连接）空气压缩机的问题进行故障诊断。图 1 所示为机器的总体示意图及相关的数据列表。压缩机的两个小齿的轴各由两个径向轴承支撑，且每个轴承各由一个安装在邻近轴承的本特利公司生产的电涡流传感器监测，以测量转轴相对于轴承座的振动。所有传感器连接至在线的本特利 3300 系列振动监测和保护系统。电机及减速齿轮轴各由两个滑动轴承支撑，但并未安装任何永久安装的振动监测设备。这种非常有限的振动监测（缺少 XY 两方向振动监测，缺少键相位传感器，减速齿轮和电机上没有监测），虽被认为对机械进行故障诊断是非常不充分的，但其却是提供给这种齿轮连接
3、的压缩机设计的典型配置。一般来说，这种配置在某种意义上限制了振动分析。本案例分析中的数据采集采用本特利公司的便携式数据采集器Snapshot forWindows CE 及本特利公司的 System1 软件平台。Snapshot 装置连接至 3300 系统的监测器上以采集压缩机的振动数据，而一个临时安装的传感器则被用于进行从电机和减速齿轮的轴承上采集数据。相关的过程数据测点也同时被组态至 System1 中并采样，以进行对振动数据的相关分析。振动分析振动分析图 1：机器总体示意图及相关数据列在过去的数次检测中，工厂的预测维修（PDM）程序发现了在压缩机的第3 和第 4 级上振动水平在逐渐地且连
4、续地增高。当本特利公司的 MDS 到达现场时，所测量到的转轴振动为 1.0 密耳峰-峰值(mil，pp)。这种振动水平被认为处在 长期运行允许值的边缘状态。对电涡流传感器的信号进行的半频谱分析显示，各测点的振动信号以工频振动（1X)为主要成分。图 2 所示为第 3 级轴承处的半频谱。在第1 级和第 2 级转子上测量到的振动略低，分别为0.6milpp 和 0.8milpp，同样 1X 分量为主。对于振动的增加，轴承的磨损应为所考虑的可能性之一。为帮助进行轴承磨损点击放大通常应检查电涡流传感器的直流间隙电压。非常值得指出的是应该牢记电涡流图 2：第 3 级压缩机轴承的半频谱图的评估，传感器提供两
5、种重要的测量：转轴相对振动(交流电压成分)和转轴表面至传感器端部的平均距离（间隙）（直流电压成分）。通过对直流间隙电压对时间的趋势即可确定转轴的表面是否正在远离传感器的端部，而这正是轴承乌金磨损或其它力的结果。不幸的是，工厂所使用的便携式数据采集器并未测量直流电压分量，也更未对其进行趋势记录以提供转轴移动的历史记录。本特利公司的 MDS 转而对工厂的维修记录和润滑油分析的历史记录进行研究以查找进一步线索。维修记录维修记录点击放大图 3：微粒计数趋势结果工厂的有关人员报告在过去的两次检查中，不同程度的焦渣均在压缩机的第3 级和第4 级的轴承中被发现，迫使轴承被更换。包括相关的材料和人力费用，每次
6、给工厂造成的费用达 4 千美元。焦渣，或称为碳沉积物，通常由润滑油氧化所导致。这是一种部分氧化的有机物的形成物，由高温、高机械应力，及/或有氧状态下润滑油与某些杂质的反应所导致。油泥和漆状墨油是早期氧化的典型的副产品。随着进一步的氧化，这些副产品则被转化为腐蚀性的羧酸，它可以腐蚀许多机械部件的表面。润滑油分析润滑油分析作为工厂的预测性维修（PDM)计划的组成部分，润滑油每季度被采样一次并送至独立的试验室进行分析。本特利公司的MDS 查阅了最近的数据并发现：3ppm 的铜含量-似为轴承乌金成分，也是一种污物并加速氧化。10ppm 的硅-由于对环境空气的过滤不良产生的特别的杂质。水分为“0.1%”
7、(1,000ppm)，-粗略测量。39ppm 的锌含量（添加量）-2000 年 3 月以来的最低量，并呈下降趋势。70ppm 的磷含量（添加量）-为测量范围的底限。36.4CSt 粘度值（40oC)-高于此种润滑油的采样参考值31.6CSt约 15.2%。微粒计数指标达最高历史值且趋势向上，表明润滑油系统中的杂质正在积累。虽然上述各项中无一单项指标达到报警，或单个指示润滑油存在问题，但统计数指出润滑油的添加量正在变质，轴承磨损正在发生，且所发现的机械问题很可能与润滑油相关。因此，对润滑油再次进行了进一步的分析，同时本特利公司的MDS 对机械的维修记录进行再次分析以查找可能的内部原因。故障原因故
8、障原因记录显示，原始装填润滑油-一种轻矿质透平油-自 1995 年投运开始使用至今。从那时起，仅进行过必须的油添加补充。此油种的润滑油特性显示，其应用范围适宜于冷态，相对低速，且不宜过低温。本特利内华达公司过去曾观察到数次由于这种润滑油的错误使用所引起的轴承失效，特别是在高速或较高温度情况下的应用。建议建议根据对对所测量的振动数据、油分析数据、及维修记录所作的分析，本特利公司 MDS 向工厂提出了如下建议，以改进此种压缩机的可靠性：对轴承进行检查，并对间隙进行仔细测量。即便是轻微超过间隙允许值的轴承也会导致较低的动刚度引起振动的增加。应使用合成润滑油（推荐Polyalphaolefin,PAO
9、)以提供改善的润滑油特性（见表1）。在此例中，最重要的特性就是凝固点（PourPoint)和粘度指数。表 1 润滑油特性比照表凝固点类型F现有润滑油推荐的 PAO合成油动粘度闪点F400440cSt4030.432.0cSt1005.16.0粘度ISO指数 粘度级95138323220-55 在添加新润滑油前对油箱进行彻底清洗，以避免残余的杂质造成污染。装置应运转 8 至 10 小时以对油系统进行彻底的冲洗，油应被排掉，油箱重新充油。在未来的水分分析中，应采用卡尔-费歇尔水分测定试验（Karl-Fischer，ASTMD1744)取代正在使用的“Crackle 试验”。“Crackle 试验”
10、相对不够灵敏，通常仅用于检测湿度成分大于 0.05%(500ppm)。经验表明，当水分水平仅为 200ppm 至 300ppm 时也会对润滑油特性及油的使用寿命产生明显的和有害的影响，同时也会加重腐蚀。ASTMD1744 试验提供的精确度高达0.001%(10ppm)，并提供乳化及纯水计数。对于杂质的积累，建议对过滤器进行检查，以确认是否存在阻塞或滤网失效。同时建议考虑更换更好的滤网以提高过滤效果。因滤网加密导致的抽气降低损失不应成为问题，因为工厂仅使用了不到压缩机的总容量的75。结束语任何预测性维修计划的目的都是以最小的维修费用来提高可靠性和可用率。本案例分析指出，无论是对于选择采集数据的类
11、型，还是随后对采集到的数据的分析，经良好训练的专业人员对于工厂的预测性维修计划的努力都是非常必要的。本案例中，仅有非常有限的数据一定周期的振动和润滑油分析数据，但在工厂中没有经良好培训的专业人员对数据进行分析及对数据之间的关系进行分析。同时，采集到的数据并不象理想的那样完备，如较早提到的检测间隙电压的趋势指示轴承的磨损及较高范围的试验能力（Karl-Fischer）以检测润滑油中水分的存在。本特利内华达公司的机械故障诊断(MDS)及资产管理（AC)研究人员采用我们自己的技术进行振动分析，同时与国家摩擦学服务公司（National TribologyService.NTS）的油分析专业技术结合，帮助您进行经济全面的油分析和机械故障消除。如需进一步了解本特利内华达公司的服务范围，请与就近的本特利公司的销售及专业服务人员联系。