利用狀態監測判斷大型壓縮機反轉的方法

通用電氣檢測控制技術 關曉東

通過對某化工公司壓縮機停機過程中發生的反轉事件分析，介紹了利用GE本特利內華達System 1軟件分析轉速趨勢圖和轉軸振動軸心軌跡圖聯合判斷壓縮機發生反轉的方法。該方法同樣適用于安裝了鍵相或者轉速探頭、軸振探頭的旋轉設備。

一、反轉現象

壓縮機的密封、葉輪、軸承甚至增速機構在設計的時候都是按正常旋轉方向考慮的，如果壓縮機的實際轉向與該設計相反，則稱為壓縮機反轉。

在額定工況運轉時，壓縮機通常不會發生反轉，但是在停機過程中反轉現象卻時有發生。壓縮機反轉輕者損傷軸承，重者可能破壞干氣密封，甚至導致葉輪脫落。

壓縮機機組現場一般不安裝反轉檢測裝置，如果安裝了鍵相和互相垂直的X/Y渦流探頭軸振測量傳感器，則可從其轉速趨勢圖和軸心軌跡圖中判斷壓縮機是否發生了反轉。

二、振動的進動方向和軸心軌跡圖介紹

振動是有方向性的。軸承上安裝有互相垂直的兩個X/Y渦流探頭，用于測量徑向振動，如圖1所示。圖中轉軸旋轉方向是逆時針，如果振動方向是從X到Y，即振動方向是逆時針，那么振動方向和旋轉方向相同，稱為正進動。如果振動方向是從Y到X，則振動方向和旋轉方向相反，稱為反進動。在沒有故障時，機組振動總是表現為正進動。

軸心軌跡圖顯示的是軸的中心線在油膜軸承間隙內的位置變化情況，展示了軸的中心線的運動途徑，兩個互相垂直的趨進式電渦流傳感器(X/Y組態)測量轉子的振動。時基圖中的X和Y傳感器信號表明了單個傳感器所測量的振動，分別展示了X、Y傳感器的信號波形。這兩個時基信號結合在一起就組成了軸心軌跡圖(圖2)。

從軌跡圖中的斷點處向黑色粗點看，其方向就是振動方向，圖中用黑色箭頭所指的方向就是轉軸旋轉方向，圖中所顯示的振動是正進動。

三、壓縮機反轉案例分析

圖3是某化工廠的一臺丙烯壓縮機組示意圖，1臺蒸汽輪機驅動1臺離心壓縮機，共有4個滑動軸承，每個軸承在左右45°處各安裝了一個渦流徑向振動傳感器，在汽輪機上安裝有鍵相傳感器。從汽輪機向壓縮機看，機組按逆時針方向旋轉。

振動測量和保護儀表采用GE本特利內華達3 500系統，振動數據采集和存儲系統是本特利內華達System 1軟件，由于參考了很多設備管理和診斷專家的意見，System 1又是一款強大的資產管理平臺。System 1系統可以記錄振動和轉速的趨勢，并可顯示軸心軌跡和頻譜圖等。

在某次機組停機時，運行人員從DCS系統中觀察到機組轉速下降到約234r/min(18:58:45)后又忽然上升至1 276r/min(18:59:02)。

當時運行人員懷疑機組發生了反轉，但是由于停機時間很短，沒有觀察到實際情況。不過通過分析本特利內華達System 1中記錄的歷史數據和相關圖譜，證實反轉事件確實發生了。

首先，調用本特利內華達System 1中的轉速趨勢，停機過程的轉速趨勢如圖4所示。從趨勢看，轉速先從額定轉速迅速下降到約230r/min，然后有一個上升的過程，最后逐漸下降到停止不動。轉速趨勢圖幫助證實當時確實發生了降速—升速—又降速—停止的過程。

當轉速最后已經下降到100r/min以下時，振動仍然表現為反進動。在低轉速時，振動一般表現為正進動，除非X/Y傳感器的在軟件中設定的組態方向與實際安裝位置不符合或者機組發生了嚴重的不對中狀況。在本例中，可以肯定X/Y傳感器的配置是正確的，所以可以判斷此時機組旋轉方向發生了變化。

四、結論

利用本特利內華達System 1中記錄的轉速趨勢圖和軸心軌跡圖判斷壓縮機反轉是一種簡便、有效的方法，適用于類似的旋轉機械，比如壓縮機、汽輪機、泵等。反轉事件發生后，設備人員應及時采取相應的措施，進行必要的檢查和處理，避免嚴重后果的發生。