旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷案例

李鑫 焦金峰

（新疆新業(yè)能源化工有限責(zé)任公司 昌吉 831100）

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)直接影響裝置安全穩(wěn)定運(yùn)行和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，越來(lái)越多企業(yè)采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷軟件對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控維護(hù)。利用現(xiàn)代檢測(cè)與分析儀器，監(jiān)測(cè)讀取設(shè)備狀態(tài)信號(hào)，并對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，提取能夠反映設(shè)備狀態(tài)的特征信息，識(shí)別設(shè)備當(dāng)前是處于正常狀態(tài)還是處于故障狀態(tài)。

本文通過(guò)系統(tǒng)地介紹旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷在某廠合成氣汽輪機(jī)組設(shè)備發(fā)生故障后應(yīng)用分析。

1 機(jī)組異常描述

某廠合成氣壓縮機(jī)由汽輪機(jī)拖動(dòng)壓縮機(jī)，汽輪機(jī)功率14369KW，第一階臨界轉(zhuǎn)速3800rpm，運(yùn)行轉(zhuǎn)速6807-10201rpm。機(jī)組于2017 年7 月1 日晚由于汽輪機(jī)非聯(lián)端振動(dòng)聯(lián)鎖（報(bào)警值63.5μm、聯(lián)鎖值88.9μm）跳車(chē)；機(jī)組跳車(chē)后1h進(jìn)行了一次熱態(tài)啟機(jī)，機(jī)組沖第一臨界振動(dòng)高手動(dòng)拍停；于2017年7月2日10:50，機(jī)組第二次啟動(dòng)后，最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速振動(dòng)高達(dá)80μm，振動(dòng)趨勢(shì)隨轉(zhuǎn)速變化波動(dòng)明顯；壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2 機(jī)組異常分析

綜合振動(dòng)圖譜，分析合成氣壓縮機(jī)組·汽輪機(jī)的振動(dòng)特性如下。

（1）見(jiàn)圖1，機(jī)組聯(lián)鎖跳車(chē)時(shí)振動(dòng)特征頻率以1倍頻為主，汽輪機(jī)前后軸承四個(gè)通道振動(dòng)幅值同時(shí)瞬時(shí)突變上漲，非聯(lián)端（高壓側(cè)）由22μm瞬時(shí)突變上升至96μm，聯(lián)端（低壓側(cè)）由10μm 上升至55μm；汽輪機(jī)振動(dòng)突變?cè)鲩L(zhǎng)后，振動(dòng)幅值未回落；說(shuō)明汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)不良惡化。

圖1 1倍頻趨勢(shì)圖

（2）分析汽輪機(jī)振動(dòng)異常的特征頻率，見(jiàn)圖1-圖2所示，引起汽輪機(jī)振動(dòng)聯(lián)鎖跳車(chē)的異常特征頻率成分為工頻，工頻相位同步波動(dòng)變化，軸位移有同步波動(dòng)；說(shuō)明轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布發(fā)生了突發(fā)性改變。

圖2 1倍頻相位趨勢(shì)圖

（3）細(xì)化分析汽輪機(jī)振動(dòng)聯(lián)鎖時(shí)的波形形態(tài)與軸心軌跡形態(tài)，見(jiàn)圖3。汽輪機(jī)振動(dòng)異常發(fā)生后，時(shí)域波形呈正弦波形態(tài)，波形的重復(fù)性與對(duì)稱(chēng)性良好；汽輪機(jī)前后軸承處的軸心軌跡呈橢圓狀，渦動(dòng)形式為正進(jìn)動(dòng)，渦動(dòng)范圍較大；說(shuō)明轉(zhuǎn)子上存在較大的不平衡量。

（4）分析汽輪機(jī)聯(lián)鎖停車(chē)1h后的啟機(jī)事件，汽輪機(jī)沖臨界振動(dòng)幅值較高，機(jī)組拍停，特征頻率仍為工頻。

（5）機(jī)組于7.2 上午啟機(jī)運(yùn)行至現(xiàn)在，汽輪機(jī)非聯(lián)端振值較高（80μm），振動(dòng)能量主要為工頻，且振動(dòng)趨勢(shì)隨轉(zhuǎn)速波動(dòng)明顯。

圖3 軸心軌跡圖

3 診斷結(jié)論及建議

3.1 診斷結(jié)論

綜合以上分析，對(duì)合成氣壓縮機(jī)組汽輪機(jī)的異常振動(dòng)的診斷分析汽輪機(jī)于2017.7.1 晚發(fā)生了突發(fā)性動(dòng)不平衡故障，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生機(jī)械損傷，轉(zhuǎn)子上有部件脫落可能性非常大；并在后續(xù)的兩次啟機(jī)運(yùn)行中，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子存在一定程度的摩擦。

3.2 診斷建議

對(duì)合成氣壓縮機(jī)組·汽輪機(jī)的異常振動(dòng)的診斷建議如下。

（1）盡快安排時(shí)間停車(chē)，對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行解體檢修。

（2）如現(xiàn)場(chǎng)不具備停車(chē)條件，必須進(jìn)行監(jiān)護(hù)運(yùn)行，同時(shí)做好工藝方面嚴(yán)格工藝操作，盡量避免負(fù)荷劇烈變動(dòng)；一旦振動(dòng)再次發(fā)生突變，應(yīng)立刻停車(chē)進(jìn)行檢修；檢修方面做好搶修的準(zhǔn)備，包括備品、備件的準(zhǔn)備，檢修隊(duì)伍的協(xié)調(diào)。

4 診斷驗(yàn)證

機(jī)組停機(jī)后組織專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行汽輪機(jī)拆卸檢查，如圖4 所示，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與隔板靜葉柵存在明顯的摩擦痕跡且葉片中部發(fā)生斷裂。斷裂后的葉片在高轉(zhuǎn)速離心力作用下又撞擊第二級(jí)葉片，致使第二級(jí)葉片與隔板靜葉柵均產(chǎn)生了不同程度的撞擊損傷。

圖4

5 結(jié)論

本文通過(guò)系統(tǒng)地介紹旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷在某廠合成氣汽輪機(jī)組設(shè)備發(fā)生故障后應(yīng)用分析，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)頻譜圖等有關(guān)圖譜，查找異常變化的頻率，再聯(lián)系故障特征頻率分析構(gòu)成振動(dòng)激振力的來(lái)源，是判斷故障類(lèi)型及分析故障原因所采用的基本方法。

（2）轉(zhuǎn)子部件脫落是旋轉(zhuǎn)設(shè)備比較嚴(yán)重的一類(lèi)故障。輕則會(huì)使轉(zhuǎn)子振幅產(chǎn)生突然變化，影響機(jī)組正常運(yùn)行；重則可能會(huì)觸發(fā)聯(lián)鎖停車(chē)甚至引發(fā)重大安全事故。部件脫落可能會(huì)在慣性的作用下飛出，發(fā)生二次事故。

（3）轉(zhuǎn)子部件脫落故障的機(jī)理與動(dòng)平衡故障是相同的。并具備振動(dòng)的通頻值在瞬間突然變化、振動(dòng)的特征頻率以工頻為主、工頻振動(dòng)的相位可能發(fā)生變化、突變后振值多趨于穩(wěn)定。