螺杆式空压机作为现代工业生产中不可或缺的动力设备，其稳定运行直接关系到生产效率和成本控制。然而，“故障过载”作为最常见的运行异常之一，频繁困扰着设备使用者。本文将深入剖析螺杆式空压机过载故障的机理、常见原因及系统性解决方案，为设备维护人员提供全面的技术指导。
一、故障表征：识别过载的早期信号
螺杆式空压机发生过载时，通常会呈现以下一种或多种表征：
电气保护动作：电机热继电器或断路器跳闸，控制面板显示“过载”、“电机过流”等报警
异常声响：主机或电机部位发出沉闷的摩擦声、啸叫声或不规律的撞击声
性能下降：排气量明显减少，压力建立缓慢，单位能耗显著上升
温度异常：主机排气温度、电机表面温度或润滑油温度异常升高
频繁启停：设备无法连续运行，达到设定压力后短时间内再次启动
二、根源探究：过载故障的多维成因分析
1. 电气系统故障链
电源质量缺陷：三相电压不平衡度超过2%，单相电压偏离额定值±5%以上，导致电机转矩波动和额外发热。研究表明，10%的电压不平衡可导致电机温升增加50%。
接触器退化：主接触器触点氧化、烧蚀导致接触电阻增大，引发局部过热和电压降，使电机在欠压状态下运行而电流攀升。
保护元件失调：热继电器整定值与电机额定电流不匹配（通常应为1.05-1.1倍额定电流），或双金属片时效变形导致过早动作。
2. 机械系统失效模式
主机内部磨损：阴阳转子型线磨损导致啮合间隙增大，内泄漏加剧。当轴向间隙每增加0.01mm，容积效率下降约2-3%，为维持输出压力，负载功率需增加5-8%。
轴承预紧失效：角接触轴承游隙超差（通常应控制在0.03-0.05mm）或圆锥滚子轴承预紧力丧失，导致转子轴向窜动量超标，引发转子与端盖非接触性摩擦。
联轴器对中偏差：弹性联轴器允许的角向偏差≤0.5°，径向偏差≤0.2mm。实测数据显示，0.3mm的径向偏差可使轴承寿命缩短40%，负载增加15%。
3. 流体系统异常
油路系统阻塞：润滑油过滤器压差超过1.5bar（正常应≤0.8bar），断油阀开度不足，导致主机润滑冷却不足。实验表明，润滑油流量减少20%，主机温升将提高30-40℃。
气路阻力激增：后冷却器换热管结垢厚度达0.5mm时，压损增加30%；最小压力阀弹簧失效导致开启压力过高（正常为4.0-4.5bar），系统背压异常。
油气分离器饱和：三级分离的滤芯压差超过0.8bar（初始压差约0.2bar），系统循环阻力增大，实测数据表明此时主机电流升高8-12%。
4. 控制系统逻辑错误
加载/卸载比例失调：星三角转换时间设置不当（22kW以上电机通常为3-5秒），转换过程中电流冲击可达额定值的6-8倍。
压力传感器漂移：误差超过量程的±1%（通常量程0-16bar），导致设备在非经济工作区运行。
PLC程序紊乱：急停逻辑冲突或安全互锁失效，造成设备非正常循环启停。
三、诊断流程：系统化故障排查路径
第一阶段：电气参数诊断
使用三相电能质量分析仪检测：电压不平衡度≤2%，谐波畸变率≤5%（重点关注5次、7次谐波）
测量运行电流：三相电流偏差应≤10%，空载电流约为额定值的30-40%
绝缘电阻测试：电机绕组对地绝缘≥1MΩ/kV，相间电阻偏差≤2%
第二阶段：机械状态评估
振动分析：主机径向振动速度应≤4.5mm/s（ISO10816-3标准），频谱分析重点关注1×、2×转频及啮合频率成分
红外热成像：轴承座温差≤15℃，主机壳体温度梯度均匀
对中检测：激光对中仪精度需达0.001mm，冷态对中应考虑热膨胀补偿量（通常0.10-0.15mm）
第三阶段：流体系统检测
压差监测：过滤器进出口压差动态记录，建立压差-时间变化曲线
油品分析：粘度变化不超过初始值的±10%，酸值增长≤0.2mg KOH/g
泄漏检测：超声波检漏仪定位内泄漏点，系统泄漏率应低于总气量的5%
四、综合治理策略与预防体系
紧急处置程序
立即停机并执行上电挂牌程序
记录故障代码及跳闸前运行参数
手动盘车检查机械阻力（正常为2-3转/秒匀速转动）
根本性解决方案
电气系统升级：
加装动态无功补偿装置（SVG），将功率因数维持在0.95以上
采用固态软启动器，限制启动电流在2.5倍额定电流以内
安装电机保护器，具备热记忆功能和相位失衡保护
机械系统修复标准：
主机大修阈值：容积效率低于85%或比功率上升15%
轴承更换标准：振动值达到ISO10816-3报警线的1.5倍
转子修复工艺：喷涂后磨削，表面粗糙度Ra≤0.8μm，径向跳动≤0.01mm
智能维护体系构建：
部署在线监测系统，实时采集电流、振动、温度、压力等12项关键参数
建立设备健康指数模型：HI=Σ(wi×Ni/Ni0)，其中wi为权重，Ni为实测值，Ni0为基准值
实施预测性维护，基于历史数据训练故障预警算法（建议采用LSTM神经网络模型）
预防性维护框架
每日：记录运行参数，检查油位、排放冷凝水
每月：清洁冷却器，测试安全阀，校准压力传感器
每季：油品化验，电机绝缘测试，电气连接紧固
每年：主机振动分析，电机回路电阻测试，控制系统逻辑验证
五、技术经济性评估
实施系统化过载故障管理可带来显著效益：
故障停机时间减少60-80%
维修成本降低30-40%
能源效率提升5-8%（每降低1bar系统压力，功耗减少7%）
设备寿命延长3-5年
结语
螺杆式空压机过载故障不是单一现象，而是设备系统失衡的综合体现。从电气参数的微观变化到机械磨损的宏观表现，从流体介质的物理特性到控制逻辑的数字算法，每一个环节都可能成为故障链的起点。唯有建立“监测-诊断-干预-预防”的全生命周期管理闭环，融合传感器技术、数据分析与专业知识，才能实现从被动维修到主动健康的根本转变。在工业4.0的背景下，将传统维护经验转化为数字化资产，是提升设备可靠性、实现智能制造转型的必由之路。
