机械设备服务介绍

螺杆式压缩机广泛应用于制冷、石化、动力等工业领域，其运行可靠性直接影响整条生产线的效率。振动与冲击是导致螺杆机部件磨损（如轴承、转子）、密封失效甚至整机故障的关键因素——据某压缩机制造商2022年故障统计，35%以上的停机事故与振动超标相关。因此，严格执行振动与冲击测试的检测标准及要求，是保障螺杆机长期稳定运行的核心环节。本文将从标准体系、测试方法、执行细节等维度，系统梳理螺杆式压缩机振动与冲击测试的关键要点。

螺杆式压缩机振动与冲击测试的基础标准体系

螺杆式压缩机作为旋转机械的典型代表，其振动与冲击测试需依托“通用旋转机械标准+行业专用标准”的组合体系。通用标准提供基础测试框架，行业标准则针对具体应用场景补充特殊要求。

国际层面，ISO 10816系列是振动评价的核心依据：ISO 10816-1规定了振动测量的一般原则（如传感器类型、测试点选择），ISO 10816-3针对功率15kW以上的工业机器，将振动速度有效值（RMS）分为四个等级（Class A~D），其中Class B对应“可接受的持续运行状态”，适用于大多数工业螺杆机。

国内方面，GB/T 27774-2011《螺杆式压缩机》是专门针对螺杆机的国家标准，其第5.6条明确：排气量大于10m³/min的螺杆机，轴承座振动速度RMS不得超过4.5mm/s；排气量小于等于10m³/min的，限值为3.8mm/s。该标准还规定了冲击测试的基本方法——采用加速度传感器测量启动、停机过程中的冲击峰值。

行业专用标准中，石化领域的API 619-2016要求更严格：针对高温、高压环境下的螺杆机，振动测试需覆盖10Hz~2000Hz频率范围（远超ISO 10816的10Hz~1000Hz），且冲击加速度峰值不得超过100m/s²（运输场景）；制冷行业的ASHRAE 37-2019则补充了低频振动（10Hz以下）的测试要求，因为制冷系统的“液击”现象易引发低频冲击，可能导致转子变形。

实际应用中，企业需根据螺杆机的用途选择标准组合——比如石化厂的螺杆压缩机需同时满足API 619和GB/T 27774，而制冷系统的螺杆机则需结合ASHRAE 37与ISO 10816。

振动测试的核心指标与量化方法

振动测试的核心是通过量化指标评估设备的运行状态，关键指标包括振动速度有效值（RMS）、峰值、峰值因子及频率成分。

振动速度RMS是最常用的评价指标——根据ISO 10816-3，功率15kW~300kW的螺杆机，Class B等级的振动速度RMS限值为4.5mm/s；功率大于300kW的，限值为5.6mm/s。该指标反映振动的“平均能量”，能有效识别轴承磨损、转子不平衡等常见故障。

峰值指标则用于评估瞬间振动的强度——比如GB/T 27774规定，螺杆机机壳的振动峰值不得超过15mm/s（峰峰值），若超过则可能存在“转子碰摩”等严重故障。峰值因子（峰值与RMS的比值）是更敏感的指标：正常运行时峰值因子约为2~3，若超过5则提示存在冲击性振动（如叶片断裂、异物进入）。

频率成分分析是定位故障的关键——通过FFT（快速傅里叶变换）将时域信号转换为频域，可识别不同故障的特征频率：1倍频（与转速同频）对应转子不平衡，2倍频对应联轴器不对中，3倍频及以上对应基础松动或轴承故障。例如，某螺杆机转速为3000rpm（50Hz），若频域中出现100Hz（2倍频）的高振幅，则大概率是联轴器不对中。

测试点的选择需覆盖关键部位：轴承座需测垂直、水平、轴向三个方向（每个方向一个传感器），机壳需测排气端、吸气端及中部，底座需测四个角点。每个测试点需重复测量3次，取平均值作为最终结果。

冲击测试的场景定义与参数设定

冲击测试的目的是模拟螺杆机在运输、启动、负载突变等场景下的冲击载荷，评估设备的抗冲击能力。不同场景的冲击参数（加速度峰值、脉冲持续时间）差异显著。

运输冲击是最常见的场景——根据ISTA 3A标准（国际安全运输协会），螺杆机运输过程中的冲击加速度峰值需≤100m/s²，脉冲持续时间≤11ms。测试时需将压缩机固定在模拟运输振动台上，沿X、Y、Z三个方向分别测试。某压缩机厂曾因运输冲击测试不达标，导致10台螺杆机在运输途中出现转子移位，直接损失达50万元。

启动冲击是运行过程中的关键场景——螺杆机启动时，电机扭矩突然增加，会引发瞬间冲击。GB/T 27774规定，启动过程中的冲击加速度峰值不得超过设计值的1.2倍（设计值通常为50m/s²~80m/s²）。测试时需采集启动后0~10秒内的加速度信号，记录最大峰值。

负载突变冲击常见于石化、电力行业——当螺杆机的排气压力突然从0.5MPa升至1.0MPa时，会引发负载冲击。API 619要求，此类冲击的加速度峰值不得超过80m/s²，且持续时间不得超过50ms。测试时需通过调节阀门模拟负载突变，连续测试5次，取最大值。

需注意的是，冲击测试需在设备空载或轻载状态下进行——若带负载测试，可能因负载惯性放大冲击效应，导致测试结果不准确。

安装条件对测试结果的影响及控制要求

安装条件是影响振动与冲击测试结果的关键因素——基础松动、水平度偏差、隔振器失效等问题，会导致测试数据偏大，甚至误判设备故障。

基础要求：螺杆机的混凝土基础需达到C30以上强度，厚度≥300mm，且基础底部需铺设100mm厚的碎石垫层（减少地面振动传递）。基础螺栓的预紧力需按制造商要求——比如某品牌螺杆机的地脚螺栓扭矩为200N·m~250N·m，若预紧力不足，会导致基础与设备之间出现间隙，振动幅值增加2~3倍。

水平度控制：设备底座的水平度偏差需≤0.1mm/m（用框式水平仪测量）。若水平度超标，会导致转子重心偏移，引发1倍频振动超标。某化工企业曾因底座水平度偏差达0.3mm/m，导致振动速度RMS升至6.8mm/s（远超标准限值4.5mm/s），紧固调整后恢复至3.2mm/s。

隔振器要求：隔振器的固有频率需低于设备工作频率的1/√2（即0.707倍）——比如螺杆机工作频率为50Hz（3000rpm），隔振器固有频率需≤35Hz。常用的橡胶隔振器固有频率约为10Hz~20Hz，弹簧隔振器约为5Hz~10Hz，均可满足要求。若隔振器老化（橡胶变硬、弹簧失效），会导致振动传递率增加，测试数据偏大。

测试前需对安装条件进行检查：用扭矩扳手检查地脚螺栓预紧力，用水平仪测底座水平度，用手按压设备检查隔振器弹性。只有安装条件符合要求，测试结果才具有参考价值。

传感器的选型原则与布置规范

传感器是振动与冲击测试的“眼睛”，其选型与布置直接决定数据的准确性。

选型原则：振动测试优先选择压电式加速度传感器（频响范围1Hz~10kHz，灵敏度100mV/g），因其线性度好、频响宽，适合测量高频振动；冲击测试需选择高频响应的加速度传感器（频响≥5kHz），以捕捉瞬间冲击信号。速度传感器（频响0.1Hz~1kHz）适合测量低频振动（如基础振动），但不适合螺杆机的高频振动测试。

安装方式：传感器需采用磁吸座或螺钉安装——磁吸座要求被测表面粗糙度Ra≤3.2μm（若表面粗糙，需用砂纸打磨），吸力≥10kg（防止振动时脱落）；螺钉安装需用M5或M6的不锈钢螺钉，扭矩2~3N·m（避免压碎传感器陶瓷元件）。禁止使用粘贴式安装（双面胶或胶水），因为粘贴层会衰减高频信号，导致频响特性恶化。

布置规范：轴承座需布置三个传感器（垂直、水平、轴向），分别对应设备的径向和轴向振动；机壳需在排气端、吸气端各布置一个传感器（垂直方向），中部布置一个（水平方向）；底座需在四个角点各布置一个传感器（垂直方向）。传感器与被测表面需紧密接触——若存在间隙，会导致信号衰减，测试数据偏小。

校准要求：传感器需每6个月校准一次（用标准振动台），校准误差≤5%。测试前需用校准仪（如PCB 9100）检查传感器灵敏度，若灵敏度变化超过10%，需更换传感器。

数据采集与分析的技术要求

数据采集与分析是将传感器信号转换为可理解信息的关键环节，需遵循严格的技术规范。

采集设备要求：数据采集仪的采样频率需≥5倍信号最高频率（即奈奎斯特频率）——比如测试频率范围为10Hz~1000Hz，采样频率需≥5000Hz。若采样频率不足，会导致信号混叠（高频信号被误判为低频信号），影响分析结果。

采集时间要求：稳态运行时，采集时间需≥3个设备运行周期——比如螺杆机转速3000rpm（周期0.02秒），采集时间需≥0.06秒；启动、停机过程需采集全程信号（0~10秒）。采集时需记录设备的运行参数（如排气压力、油温、转速），以便后续分析时关联故障原因。

分析方法：时域分析需计算RMS、峰值、峰峰值及峰值因子——RMS反映平均振动水平，峰值反映瞬间冲击，峰值因子反映振动的冲击性；频域分析需做FFT变换，得到频率-振幅谱，识别特征频率（如1倍频、2倍频）。例如，某螺杆机振动RMS为5.2mm/s（超过标准4.5mm/s），频域中1倍频（50Hz）振幅较高，说明转子不平衡，需做动平衡校正。

数据存储要求：需保存原始波形数据（格式为CSV或TDMS）及分析报告（包含测试参数、时域指标、频域谱图、结论）。原始数据需保存至少3年，以便后续追溯设备状态变化。

测试环境的干扰因素与排除方法

测试环境中的电磁干扰、机械干扰、温度变化等因素，会影响传感器信号的准确性，需提前排除。

电磁干扰：螺杆机附近的变频器、电机等设备会产生电磁辐射，干扰传感器信号（表现为信号中出现高频噪声）。排除方法：传感器电缆需用屏蔽线（如RG58同轴电缆），屏蔽层一端接地（接地电阻≤4Ω）；数据采集仪需接地，避免“浮地”状态。某电厂曾因传感器电缆未接地，导致信号中出现100Hz的电磁噪声，误判为轴承故障，后来接地后噪声消失。

机械干扰：相邻设备的振动会通过地面传递给被测螺杆机（表现为背景振动超标）。排除方法：测试前需测量背景振动——若背景振动RMS超过被测信号的10%，需在被测设备与相邻设备之间加隔振垫（如橡胶垫），或关闭相邻设备。例如，某工厂的螺杆机与泵相邻，背景振动RMS为1.2mm/s（被测信号RMS为4.0mm/s），超过10%（0.4mm/s），加隔振垫后背景振动降至0.3mm/s。

温度影响：传感器的灵敏度会随温度变化——若测试环境温度超过传感器的工作范围（通常-40℃~120℃），会导致灵敏度漂移。排除方法：若环境温度超过100℃，需在传感器与被测表面之间加隔热套（如陶瓷纤维套）；若温度低于-20℃，需用加热带对传感器预热。

测试前需做“空测”：在设备未启动时采集信号，检查是否存在干扰。若空测信号的RMS超过0.5mm/s，需排查干扰源，直至空测信号达标。

异常数据的判定准则与验证流程

测试中若出现异常数据，需通过科学的准则判定，并进行验证，避免误判。

判定准则：（1）振动速度RMS超过标准限值的1.2倍（如标准限值4.5mm/s，超过5.4mm/s则异常）；（2）峰值因子超过5（正常为2~3）；（3）频域中出现新的特征频率（如之前没有的3倍频）；（4）冲击加速度峰值超过设计值的1.5倍。

验证流程：第一步，重复测试3次——若3次结果均异常，说明数据可信；若仅1次异常，可能是干扰导致。第二步，检查设备状态——打开机壳检查轴承磨损情况（用内窥镜）、转子平衡状态（用动平衡仪）、联轴器对中情况（用激光对中仪）。例如，某螺杆机振动RMS为5.8mm/s（异常），重复测试3次均为5.5~5.9mm/s，打开机壳后发现轴承内圈有划痕，更换轴承后振动降至3.1mm/s。

校准验证：若怀疑传感器或采集设备故障，需用标准振动台校准传感器（误差≤5%），用信号发生器校准采集设备（幅值误差≤2%）。例如，某测试数据显示冲击加速度峰值为120m/s²（超过标准100m/s²），校准传感器后发现灵敏度漂移了15%，重新测试后峰值为102m/s²（接近标准限值）。

需注意的是，异常数据的判定需结合设备的运行历史——若设备长期运行在振动超标状态（如RMS为5.0mm/s，标准4.5mm/s），但无明显故障迹象，可能是设备老化导致的“正常磨损”，需加强监测（每周测一次振动），而非立即停机维修。