Стук и вибрация винтового компрессора: причины, диагностика и устранение

Содержание:

Конструктивные особенности
Классификация шума и вибрации
Жидкий удар
Износ подшипников и увеличение рабочих зазоров
Дисбаланс и расцентровка
Проблемы масляной системы
Посторонние частицы и медная плакировка
Монтажные и конструктивные причины
Диагностическая таблица
Порядок диагностики и устранения
Типичные ошибки

Конструктивные особенности и природа вибрации

Винтовой компрессор — прецизионный механизм с зазорами между рабочими поверхностями ведущего и ведомого роторов в единицы и десятки микрон. Ротор с меньшим числом заходов вращается быстрее и напрямую соединён с электродвигателем; ведомый ротор — медленнее. Роторы опираются на роликовые и шариковые подшипники, упорные подшипники воспринимают осевое усилие от перепада давлений.

Синхронизирующие шестерни фиксируют взаимное угловое положение роторов и не допускают их контакта.
Любое отклонение геометрии — увеличение зазора в подшипнике, износ рабочей поверхности ротора, нарушение осевого положения вала — немедленно проявляется ростом вибрации.

Вибрация в норме имеет тональный характер с доминирующей частотой зубозацепления (произведение числа заходов ротора на частоту его вращения). Появление боковых гармоник, субгармоник или широкополосного шума — диагностический признак конкретного дефекта.

Классификация шума и вибрации по характеру

Характер звука — первый диагностический инструмент до подключения измерительных приборов.

Ритмичный металлический стук при пуске или на малой нагрузке — признак попадания жидкой фазы в камеру сжатия. Интенсивность стука возрастает при каждом пуске.
Непрерывный низкочастотный гул, усиливающийся с нагрузкой — увеличенные зазоры в подшипниках, чаще всего роликовых.
Высокочастотный свист или скрежет при любой нагрузке — контакт между рабочими поверхностями роторов. Требует немедленной аварийной остановки — дальнейшая работа ведёт к задиру и полному разрушению роторного блока.
Вибрация на частоте вращения (1×), усиливающаяся под нагрузкой — дисбаланс ротора или расцентровка.
Вибрация на удвоенной частоте вращения (2×) с осевой составляющей — угловое или параллельное смещение осей, расцентровка муфты или ремённой передачи.
Переменный стук, исчезающий после прогрева — вспенивание масла при пуске после длительного простоя без нагрева картера.

Жидкий удар: самая опасная причина стука

Жидкий удар (влажный ход) — попадание жидкого хладагента или масла в камеру сжатия, где сжимается несжимаемая жидкость. Разрушительное усилие на рабочих поверхностях и подшипниках при этом на порядки превышает расчётное. Последствия даже однократного удара: разрушение роликовых подшипников, ускоренный износ упорных шариковых подшипников, задиры рабочих поверхностей ведущего и ведомого роторов, деформация торцевых крышек.

Причины жидкого удара в винтовом компрессоре: скопление жидкого хладагента в картере при простое без нагрева — при пуске хладагент вскипает и увлекает масло в камеру сжатия затопленный испаритель — жидкий хладагент поступает на всасывание резкая перегрузка системы при высокой влажности всасываемого пара (перегрев менее 3 °C) переполнение контура хладагентом — избыток жидкости на всасывании чрезмерный долив масла — масло вытесняет хладагент и заполняет полость всасывания.

Нагреватель картера должен работать непрерывно при остановленном компрессоре. Прогрев перед пуском после длительного простоя — не менее 2–4 ч.

Износ подшипников и увеличение рабочих зазоров

Винтовой компрессор крайне чувствителен к состоянию подшипников. Даже незначительное увеличение зазора в опорном подшипнике приводит к изменению межроторных зазоров и росту вибрации на частоте зубозацепления с множеством её гармоник. В отличие от других механизмов, у винтовых компрессоров гармоники оборотной частоты при износе подшипников появляются поздно — уже при значительном развитии дефекта.

Ранний диагностический признак — рост боковых гармоник вокруг частоты зубозацепления. Если амплитуда боковых гармоник превышает 20% от амплитуды основной гармоники зубозацепления при номинальной нагрузке — это тревожный признак, требующий наблюдения и планирования ревизии роторного блока.

Упорные (осевые) подшипники воспринимают осевое усилие от перепада давлений нагнетания и всасывания. Их износ проявляется в первую очередь в осевом направлении вибрации — ростом оборотной гармоники в осевой проекции. При сильном износе торцы роторов начинают касаться крышек блока — появляется металлический скрежет.

Причины ускоренного износа подшипников:

масляное голодание — недостаточное давление или расход масла
неправильная вязкость масла — ISO VG 68–100 для большинства холодильных винтовых компрессоров Bitzer HSN/CSH, Mycom, Fusheng
жидкий удар — разрушает роликовые подшипники немедленно
загрязнённое масло — абразивные частицы ускоряют износ беговых дорожек

Дисбаланс и расцентровка

Дисбаланс ротора проявляется вибрацией на оборотной частоте вращения приводного вала (1×). Уровень вибрации пропорционален квадрату оборотов и нагрузке. Причины: неравномерные отложения масла и продуктов разложения хладагента на рабочей поверхности ротора; задиры и сколы на одном секторе рабочей поверхности; некачественная балансировка после ремонта.

Расцентровка муфты или ременной передачи между электродвигателем и компрессором — одна из наиболее распространённых причин повышенной вибрации после монтажа или замены агрегата. Угловая расцентровка даёт вибрацию преимущественно на 2× в осевом направлении; параллельная — на 2× в радиальном.

Допустимое несовпадение осей для жёстких муфт — не более 0,05 мм, для упругих — по документации изготовителя. Термическая деформация основания при нагреве в летний период может нарушить центровку, выполненную в холодном состоянии.

Проблемы масляной системы

Масло в холодильном винтовом компрессоре выполняет одновременно три функции: смазывает подшипники и шестерни синхронизации, уплотняет рабочие зазоры между роторами, отводит тепло из камеры сжатия. При недостаточном давлении масла или неправильной вязкости все три функции деградируют одновременно.

Вспенивание масла при пуске после длительного простоя — растворённый хладагент вскипает при падении давления в картере. Пена не создаёт несущей плёнки — подшипники работают на граничном трении. Если нагреватель картера не работал перед пуском, стук при запуске практически гарантирован.

Загрязнённый масляный фильтр снижает давление масла и объёмный расход — подшипники и уплотняющий слой в рабочей зоне недополучают масло. Масло с кислотным числом выше нормы (выше 0,1 мг KOH/г) разрушает подшипники и поверхности роторов за счёт химической коррозии.

Посторонние частицы и медная плакировка

Попадание металлической стружки, окалины или частиц ржавчины с трубопровода в рабочую зону вызывает абразивный износ рабочих поверхностей роторов и подшипников. Даже одна частица металла размером более 0,1 мм способна повредить точно подогнанные поверхности скольжения — именно поэтому монтаж нового компрессора обязательно предваряет промывка и продувка трубопроводов.

Медная плакировка (медная осадка на рабочих поверхностях) — следствие присутствия кислоты в контуре, как правило после сгорания предыдущего компрессора. Медь из трубопроводов растворяется в кислой среде и осаждается на горячих металлических поверхностях — роторах и подшипниках. Отложения меди изменяют геометрию рабочих зазоров, нарушают балансировку и приводят к нарастающей вибрации.

Установка компрессора без полной кислотной промывки контура и замены фильтра-осушителя после сгоревшего агрегата — гарантированное повторение отказа.

Монтажные и конструктивные причины

Виброизоляторы (антивибрационные опоры) — резиновые или пружинные — со временем теряют эластичность и жёсткость. При разрушенных виброизоляторах вибрация компрессора напрямую передаётся на трубопроводы и раму, возникает резонанс — амплитуда вибрации на конкретной частоте возрастает многократно. Внешне это проявляется как значительная тряска агрегата при нормально работающем роторном блоке.

Ослабленные фундаментные болты или болты крепления корпуса компрессора к раме дают ударный характер вибрации — нечастый металлический удар, не связанный с оборотной или зубцовой частотой. Трубопроводы всасывания и нагнетания, жёстко прикреплённые к компрессору без гибких вставок, передают знакопеременные усилия на корпус — резонансное усиление вибрации на определённых режимах нагрузки.

Диагностическая таблица

Металлический стук при каждом пуске, стихающий через 30–60 с;Жидкий удар — скопление хладагента в картере при простое без нагрева;Проверить нагреватель картера, выдержать прогрев 2–4 ч, проверить перегрев на всасывании Постоянный низкочастотный гул, усиливается с нагрузкой;Износ роликовых опорных подшипников, увеличенные зазоры;Виброизмерение на подшипниковых узлах, анализ спектра на наличие гармоник зубозацепления Высокочастотный свист или скрежет в любом режиме;Контакт между рабочими поверхностями роторов;Немедленная аварийная остановка, дефектовка роторного блока Вибрация на оборотной частоте, не зависит от нагрузки;Дисбаланс ротора — неравномерные отложения или задир на рабочей поверхности;Виброизмерение, анализ спектра, при подтверждении — балансировка ротора Вибрация на 2× с осевой составляющей после монтажа;Расцентровка муфты или ременной передачи;Проверить центровку лазерным центровщиком, устранить смещение осей Удары при пуске, масло пенится в смотровом стекле;Хладагент растворён в масле — нагреватель картера не работает;Заменить нагреватель картера, выдержать прогрев перед пуском Нарастающая вибрация после замены компрессора, масло темнеет;Медная плакировка или кислотное загрязнение — не промыт контур после сгоревшего компрессора;Замерить кислотное число масла, провести промывку контура, заменить фильтр-осушитель Вибрация не изменилась после ремонта роторного блока;Разрушены виброизоляторы — вибрация идёт структурным путём;Проверить и заменить антивибрационные опоры, проверить затяжку фундаментных болтов Периодический глухой удар, не совпадающий с оборотами;Ослабленные фундаментные болты или повреждённая муфта;Протянуть крепёж, проверить муфту и шпоночное соединение Вибрация на конкретном режиме нагрузки пропадает при изменении нагрузки;Резонанс трубопровода или рамы на частоте ротора;Установить гибкие вставки на всасывании и нагнетании, проверить жёсткость крепления трубопроводов

Порядок диагностики и устранения

Оценка характера шума и вибрации. Прослушивают компрессор стетоскопом или виброметром на подшипниковых узлах на стороне всасывания и нагнетания. Определяют характер вибрации: тональная, ударная, широкополосная. При скрежете или нарастающем металлическом стуке — немедленная аварийная остановка без ожидания окончания рабочего цикла.
Проверка масляной системы. Контролируют уровень масла в смотровом стекле, давление масляного насоса по реле OPS, температуру масла. Отбирают пробу масла: цвет, прозрачность, запах. При тёмном цвете или пенистой структуре — анализ на кислотное число и содержание металлов. Маслоnasос компрессоров Bitzer HSN/CSH, Mycom, Fusheng поддерживает перепад давления не менее 1,5–2,5 бар — ниже этого значения роторный блок работает в условиях масляного голодания.
Проверка холодильных параметров. Замеряют перегрев на всасывании — норма 4–8 К. При перегреве менее 3 К — риск влажного хода. Проверяют переохлаждение жидкостной линии — при переохлаждении более 10 К в сочетании с низким перегревом система перезаправлена. Контролируют температуру нагнетания — для большинства холодильных винтовых компрессоров норма не более 105–110 °C.
Виброизмерения. Измеряют виброскорость (мм/с) или виброускорение (g) на четырёх опорных подшипниковых узлах: два со стороны всасывания (радиальное и осевое) и два со стороны нагнетания. При наличии анализатора спектра — спектральный анализ для выявления гармоник зубозацепления, боковых гармоник и оборотных составляющих.
Проверка центровки и крепления. Проверяют затяжку фундаментных болтов и болтов крепления корпуса. Лазерным центровщиком или индикаторными часами проверяют соосность валов электродвигателя и компрессора. Осматривают виброизоляторы — при видимых трещинах или расслоении резины подлежат замене.
Вскрытие и дефектовка. При подтверждении износа подшипников или повреждения роторного блока — демонтаж компрессора и дефектовка в сервисном центре. Ремонт роторного блока требует специализированного оборудования — притирочных стендов и микрометрического инструмента с точностью 1–2 мкм. Подбор запасных частей и принадлежностей (ЗИП) — строго по документации производителя: Bitzer, Mycom, Fusheng, Grasso, Sabroe.
Промывка контура после ремонта. При повреждении компрессора вследствие масляного голодания или кислотного загрязнения: продувка трубопроводов азотом под давлением 25–30 бар, промывка жидким хладагентом или специализированным растворителем, замена фильтра-осушителя, масляного фильтра и масла POE.
Пуско-наладочные работы. Первый пуск с контролем токов по всем трём фазам, давлений нагнетания и всасывания, давления масла, температуры нагнетания. Виброизмерения на всех четырёх подшипниковых узлах сразу после выхода на установившийся режим и через 2 ч непрерывной работы. Параметры вносят в сервисный журнал как базовые значения для последующего сравнения.

Типичные ошибки

Не прогревают картер перед пуском после длительного простоя. Нагреватель картера включён — но его мощности недостаточно для прогрева за ночь при отрицательной температуре в МО. 2–4 ч прогрева обязательны при температуре воздуха в помещении ниже +10 °C.
После жидкого удара заменяют только подшипники, не проверяя рабочие поверхности роторов. Удар даёт сразу несколько дефектов: разрушенные роликовые подшипники видны; задиры на рабочих поверхностях роторов и износ упорных подшипников — нет. Через 200–500 ч после «ремонта» компрессор выходит из строя повторно.
Устанавливают новый компрессор без промывки контура после сгоревшего. Медная плакировка и кислотные остатки оседают на роторах в течение нескольких недель. Гарантированный повторный отказ — вне зависимости от качества нового агрегата.
Оценивают вибрацию только по общему уровню без спектрального анализа. Общий уровень вибрации 4–5 мм/с может скрывать критический износ конкретного подшипника с локальным пиком на одной гармонике. Без спектра нет дифференциации между дисбалансом, расцентровкой и износом подшипника — каждая из этих неисправностей требует разного вмешательства.

Frostsystems выполняет виброизмерения и спектральную диагностику на опорных подшипниковых узлах, дефектовку и ремонт роторных блоков компрессоров Bitzer, Mycom, Fusheng с промывкой контура и пуско-наладочными работами — Москва и Московская область.

Не знаете с чего начать?

Оставьте ваши контактные данные и инженер разберется в вашей проблеме и предложит пути решения.