基于振动分析的煤制甲醇厂离心式压缩机轴承故障维修技术

1 离心式压缩机轴承的工作原理与常见故障类型

1.1 磨损

煤制甲醇工艺气中常含有微量固体颗粒，如气化过程产生的煤尘、催化剂粉末等，粒径可达 5-20μm 。这些颗粒随气流进入轴承，在轴颈与轴承衬相对运动时，会造成磨粒磨损，导致轴承间隙增大、表面粗糙度增加。同时，润滑油中的杂质、水分也会加剧磨损，如水分超标（ 50.1% ）会引发润滑油乳化，降低润滑性能，加速轴承磨损。某煤制甲醇厂曾因工艺气过滤器失效，大量颗粒进入压缩机，运行 3 个月后，径向滑动轴承磨损量达 0.05mm ，超出正常允许范围（ ⋅0.02mm⋅ ）。

1.2 疲劳剥落

在长期交变载荷作用下，轴承表面材料会产生疲劳裂纹。例如，当压缩机频繁启停或负荷剧烈波动时，轴承承受的载荷大小和方向快速变化，促使疲劳裂纹萌生、扩展。一旦裂纹扩展至表面，就会导致材料剥落，形成凹坑。剥落的碎屑会进一步加剧磨损，破坏油膜稳定性，引发振动异常。据研究，轴承疲劳剥落多发生在运行 10000-15000 小时后，是导致轴承失效的常见原因之一。

1.3 胶合

胶合故障通常在润滑不良、油温过高或载荷过大时发生。当润滑油供应不足（如油泵故障、油路堵塞），无法在轴颈与轴承衬间形成完整油膜，金属表面直接接触，摩擦产生的高温会使金属局部软化、粘连，进而形成胶合。此外，若压缩机长时间在高负荷工况下运行，轴承承载压力超过油膜承载能力，也易引发胶合。胶合故障发生时，轴承温度急剧升高，振动幅值大幅增加，严重时会导致轴承抱死，转子无法转动[1]。

1.4 腐蚀

煤制甲醇工艺气中可能含有腐蚀性气体，如硫化氢、二氧化碳等。当工艺气泄漏进入轴承箱，与润滑油接触后，会发生化学反应，生成酸性物质，腐蚀轴承金属表面。例如，硫化氢与润滑油中的添加剂反应生成硫酸，对轴承合金（如巴氏合金）造成腐蚀，使轴承表面出现麻点、坑蚀，降低轴承强度与润滑性能。同时，润滑油长期使用后氧化变质，产生的有机酸也会加剧腐蚀。

2 基于振动分析的轴承故障维修技术流程

2.1 振动数据采集与监测系统搭建

在离心式压缩机的轴承座水平、垂直和轴向方向安装振动传感器，确保传感器安装牢固，与被测表面良好接触，以获取准确的振动信号。同时，布置温度传感器监测轴承温度，压力传感器监测润滑油压力等参数。通过数据采集模块将传感器信号转换为数字信号，并通过有线或无线传输方式，将数据实时传输至监控中心的数据分析软件。设定合理的监测周期，如正常运行时每15 分钟采集一次数据，当发现振动异常时，缩短至每5 分钟采集一次，以便及时捕捉故障发展趋势。

2.2 故障诊断与评估

利用数据分析软件对采集到的振动数据进行处理和分析。首先进行时域分析，观察振动波形的形状、幅值大小及变化趋势，初步判断是否存在异常冲击。然后进行频域分析，通过傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，识别振动信号中的频率成分，对比正常运行频谱与当前频谱，找出故障特征频率。结合轴承类型、结构参数以及运行工况，运用故障诊断算法对故障类型和严重程度进行评估。例如，采用基于神经网络的故障诊断模型，将提取的振动特征参数作为输入，经过训练好的网络模型输出故障类型和故障等级。若振动幅值超过正常运行上限的 50% ，且出现明显的故障特征频率，则判定轴承存在严重故障，需立即安排维修。

2.3 维修方案制定与实施

（1）磨损故障维修

对于轻微磨损（磨损量 <0.03mm ）的轴承，可通过调整润滑油参数，如更换清洁度更高的润滑油（NAS6 级以上）、优化润滑油添加剂配方，增强润滑性能，减缓磨损速度。同时，对轴承进行适当的刮研处理，修复表面轻微划痕，改善轴承与轴颈的贴合度。若磨损较为严重（磨损量≥0.03mm, ），则需更换新的轴承。在更换过程中，严格控制安装精度，确保轴承与轴颈的配合间隙在规定范围内（如径向滑动轴承配合间隙为轴径的0.15%o-0.25% ），采用专用工装进行安装，避免轴承损伤[2]。

（2）疲劳剥落故障维修

一旦确定轴承存在疲劳剥落故障，应立即更换轴承。在选择新轴承时，要确保其质量可靠，材质符合压缩机运行工况要求。安装新轴承前，仔细检查轴颈表面是否有损伤，如有轻微损伤，需进行打磨修复。安装过程中，严格按照安装工艺规范操作，保证轴承安装位置准确，预紧力适当。例如，对于圆锥滚子轴承，要根据设计要求调整好轴向游隙，一般为 0.05-0.15mm ，以保证轴承正常工作。

（3）胶合故障维修

当轴承发生胶合故障时，首先要查找并消除导致胶合的原因，如修复润滑油供应系统故障、清理油路堵塞、降低压缩机负荷等。对于胶合较轻的轴承，可对轴承表面进行研磨修复，去除粘连的金属瘤，恢复表面光洁度。但如果胶合严重，轴承已无法修复，则必须更换新轴承。同时，对整个润滑系统进行彻底清洗，更换润滑油和过滤器滤芯，防止胶合碎屑再次进入轴承，引发新的故障。

（4）腐蚀故障维修

对于因工艺气泄漏导致腐蚀的轴承，首先要加强密封系统维护，修复泄漏点，防止腐蚀性气体进入轴承箱。对于已腐蚀的轴承，若腐蚀程度较轻，可采用化学清洗和表面钝化处理，去除腐蚀产物，提高轴承表面抗腐蚀能力。若腐蚀严重，影响轴承强度和精度，则需更换新轴承。在新轴承安装前，对轴承箱进行全面检查和防腐处理，如喷涂耐腐蚀涂层，以延长轴承使用寿命[3]。

2.4 维修后设备性能验证与监测

维修完成后，对离心式压缩机进行空载试运行，监测轴承振动、温度、润滑油压力等参数。空载运行 30 分钟后，若无异常，逐步加载至正常运行负荷，继续监测设备运行状态 2-4 小时。对比维修前后的振动数据，若振动幅值恢复至正常运行范围，且频谱中无明显故障特征频率，表明维修效果良好。在设备重新投入运行后的一周内，加密监测频率，每 2 小时采集一次振动数据，确保设备稳定运行。之后，恢复正常监测周期，持续跟踪设备运行状态，及时发现潜在问题。

3 结束语

基于振动分析的煤制甲醇厂离心式压缩机轴承故障维修技术，能够通过对振动信号的精准分析，快速、准确地诊断轴承故障类型与严重程度，为制定科学合理的维修方案提供有力支持。通过实施该技术，可有效缩短设备维修时间，降低维修成本，提高设备运行可靠性，减少因轴承故障导致的非计划停机次数，保障煤制甲醇厂生产的连续性与稳定性。随着传感器技术、数据分析算法的不断发展，振动分析技术在离心式压缩机轴承故障诊断与维修领域将发挥更大作用，未来可进一步探索融合人工智能、大数据等前沿技术，实现设备故障的智能预测与主动维护，推动煤制甲醇行业设备管理水平向更高层次迈进。

参考文献：

[1]严小康,胡兴耀,周小波,等. 离心式压缩机轴承座锈蚀原因分析与对策 [J]. 氮肥与合成气, 2025, 53 (04): 24-26.

[2]熊江君,龚波,杜国权,等. 离心式压缩机喘振原因分析与改进 [J]. 燃料与化工, 2025, 56 (02): 52-53.

[3]徐国辉,齐新海,韩桥,等. 离心式天然气压缩机机械密封典型故障维修实例 [J]. 石油和化工设备, 2025, 28 (02): 170-172+176.