原料氣壓縮機的故障診斷分析

郭曉寧

（大慶石化公司 物資供應中心，黑龍江 大床 163714）

原料氣壓縮機的故障診斷分析

郭曉寧

（大慶石化公司 物資供應中心，黑龍江 大床 163714）

針對某石化公司化肥廠合成裝置原料氣壓縮機的故障，介紹了狀態(tài)信號的采集、故障特征的提取、維修決策形成、技術狀態(tài)識別，以及診斷分析的具體過程。

原料氣壓縮機；診斷分析；診斷意見

0 引言

機械設備發(fā)生故障是不可避免的事，任何一個機械設備，工作中由于疲勞損傷、磨損、腐蝕以及操作不當均會產生故障，這些故障將會使機械不能處于正常工作狀態(tài)，甚至喪失工作能力，嚴重的會造成巨大經(jīng)濟損失。對于會造成人員傷亡和嚴重社會后果的故障應盡可能加以避免。另外，當機械設備的運轉出現(xiàn)一些不正常現(xiàn)象時，應能及時發(fā)現(xiàn)加以排除，防止故障發(fā)生。而一旦故障發(fā)生后則應盡可能快地準確診斷，快速修復，使損失降為最小。要達到以上各點，必須依賴于故障診斷技術的發(fā)展及其水平的提高。下面以某設備故障為例進行診斷分析。

某石化公司化肥廠合成裝置原料氣壓縮機，其作用是把壓力為0.41 MPa的天然氣加壓到4.31 MPa，然后送入工藝系統(tǒng)，作為轉化用原料天然氣。該機組由驅動汽輪機、壓縮機低壓缸和壓縮機高壓缸等3部分組成，機組安裝在同一個機座上。機組裝有調節(jié)、保安系統(tǒng)，機組的潤滑、密封、調速油共有一套油系統(tǒng)，汽輪機排汽進入表面冷凝器。壓縮機低、高壓缸均為雙層缸結構。低壓缸為水平剖分；高壓缸內缸水平剖分，外缸為圓筒形。低壓缸和高壓缸均為9級壓縮，葉輪均為閉式葉輪并由銑焊制成。低壓缸的葉輪和平衡盤，通過鍵過盈與主軸固定，高壓缸則采用無大過盈配合。軸端密封為機械密封，內密封為軟密封。軸的驅動端均采用無鍵的液壓裝配式齒式聯(lián)軸器，徑向軸承均為可傾瓦塊式滑動軸承，止推軸承均為金斯伯雷型。汽輪機為上排汽冷凝式多級沖動式中壓汽輪機，轉子為整鍛轉子，共7級葉輪，其中前5級葉片采用T型葉根，后2級葉片采用球形葉根，軸承采用五油楔可傾瓦塊式滑動軸承和單側金斯伯雷型止推軸承。

1 設備主要機組狀態(tài)圖械

狀態(tài)圖如圖1所示。

2 狀態(tài)信號的采集

狀態(tài)信號是機械設備異常或故障信息的載體，選用一定的檢測方法和檢測系統(tǒng)采集最能表征診斷對象工作狀態(tài)的信號，是故障診斷技術實施過程中不可缺少的環(huán)節(jié)。能夠真實、充分地采集到足夠數(shù)量、客觀反映診斷對象狀況的狀態(tài)信號，是故障診斷能夠成功的關鍵。否則，其后的各個環(huán)節(jié)功能再完善也將是無效的。

圖1 機組狀態(tài)圖

3 故障特征的提取

對于所采集到的表征診斷對象運行中的原始狀態(tài)信號稱為初始模式。因初始模式中的故障信息混雜在大量的背景噪聲中，為提高診斷的靈敏度和可靠性，必須采用信號處理技術，在狀態(tài)信號中排除噪聲干擾的影響，提取有用的故障信息，以突出故障特征。因此，故障特征提取就是將初始模式向進行維數(shù)壓縮、形式變換、排除或消弱噪聲干擾、保留或增強有用信號、精化故障特征信息的過程，由此而形成待檢模式。

4 維修決策形成

在現(xiàn)代化的診斷技術中，為完成上述診斷實施過程，必須采用建立在計算機技術基礎上的高度自動化、智能化的裝置。目前，各種高效、可靠、適用、方便的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)已進入實用階段，而其中以微機為主體的診斷系統(tǒng)正逐漸成為精密診斷技術中的主導形成。

5 技術狀態(tài)識別

故障診斷是一個典型的模式識別過程，而診斷文檔庫中的各種故障樣板模式就是進行技術狀態(tài)識別的基礎。所謂技術狀態(tài)識別，是指將待檢模式與診斷文檔庫中的樣板模式進行對比，并將待檢模式歸屬到某一已知的樣板模式中去的過程。由此便可判定診斷對象所處的狀態(tài)模式是否正常，并預測其可靠性和狀態(tài)的發(fā)展趨勢。

6 診斷分析

1）設備機組運行情況。與前一時期相比，該機組運行中振動波動增大，在某天下午14：52時2瓦振動最大上漲到123μm。波動范圍32～123μm。2瓦水平振動16：45時之后振動一直超標，振幅基本在80～90μm之間。之后振動的報警值修正為：黃燈2.0米爾，50μm；紅燈3.0米爾，75μm。

2）測振點測試分析圖如下。

a.某石化化肥廠102J-2H振動幅值歷史趨勢圖，如圖2所示。

b.某石化化肥廠102J-2H頻譜圖（2009-07-17 14：52：09），如圖 3 所示。

c.某石化化肥廠102J-2H頻譜圖（2009-07-17 20：15：40），如圖 4 所示。

d.某石化化肥廠102J-2H/2V軸心軌跡圖，如圖5所示。

圖2 2H振動振幅歷史趨勢圖

圖3 2H當前幅值譜圖

圖4 2H當前幅值譜圖

圖5 2H/2V當前軸心軌跡圖

3）檢測技術人員診斷意見。

比較頻譜圖，從軸相對振動信號中可見：振幅大時半頻幅值明顯并增大；振幅小時半頻幅值幾乎沒有；通頻振幅123μm時，一倍頻44μm，半頻89.1μm，通頻振幅32μm時，一倍頻25.9μm，半頻幾乎沒有。還可以看到軸心軌跡在振幅大時是雙環(huán)形。在類似的狀態(tài)下我們在機組殼體軸承座測得的絕對振動速度信號中，也可以明顯看到頻譜中存在明顯的半頻分量。

從頻譜圖和振動趨勢上看，機組的汽輪機振動存在波動現(xiàn)象，存在2瓦間隙增大問題，且日常磨損分析時油中金屬磨粒增加，說明2瓦在數(shù)月運行中，在初始瓦間隙較大的基礎上，間隙又進一步增大，因此，在汽輪機轉子系統(tǒng)受到干擾時振動就明顯增大。

另外，該汽輪機轉子系統(tǒng)動力學特性，存在在某一轉速區(qū)間振動較高的問題，也是影響機組振動的因素，這個特性主要與轉速相關。

4）檢測技術人員維修建議：a.盡量保證系統(tǒng)平穩(wěn)；b.注意瓦溫，適當調整油溫；c.準備好瓦間隙稍小些的軸瓦，條件允許時換瓦。

7 結語

應用故障診斷技術對減少事故發(fā)生率和降低維修費方面是可以取得顯著經(jīng)濟效益。此外，減少惡性事故中的人員傷亡和提高設備維修管理水平還體現(xiàn)其巨大社會效益。

［1］屈梁生，何正嘉.機械故障診斷學［M］.上海：上海科學技術出版社，1986.

［2］寇惠，原培新.故障診斷的振動信號處理［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1989.

［3］沈慶根，鄭水英.設備故障診斷［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

［4］周長城.機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1998.

［5］徐章遂，房立清.故障信息診斷原理及應用［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2000.

（編輯 立 明）

TH45

B

1002-2333（2015）08-0259-03

郭曉寧（1979—），男，碩士，工程師，主要研究方向為化工機械。

2015-05-12