旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)子不平衡故障診斷案例

李俊杰 李鑫

（新疆新業(yè)能源化工有限責(zé)任公司 昌吉 831100）

旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中，旋轉(zhuǎn)體質(zhì)量沿旋轉(zhuǎn)中心線(xiàn)的不均勻分布叫做不平衡。轉(zhuǎn)子不平衡是各類(lèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)械中普遍存在的故障，由此引起的機(jī)器振動(dòng)或運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的其他問(wèn)題稱(chēng)為不平衡故障。不平衡產(chǎn)生的原因有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、機(jī)械加工質(zhì)量偏差、裝配誤差、材質(zhì)不均勻、動(dòng)平衡精度差等。在生產(chǎn)運(yùn)行中能否精準(zhǔn)判斷設(shè)備故障發(fā)生的主要原因，制定對(duì)應(yīng)措施加以處置、預(yù)防對(duì)企業(yè)的發(fā)展非常重要。本文通過(guò)系統(tǒng)地介紹旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)對(duì)某公司一例轉(zhuǎn)子不平衡故障利用趨勢(shì)圖譜分析，并結(jié)合不平衡特征給出結(jié)論。

1 事件描述

空分裝置“KDON-28000/34000 型空氣分離設(shè)備”兩套，機(jī)組為汽輪機(jī)帶動(dòng)增壓機(jī)、空壓機(jī)運(yùn)行。該裝置B 套壓縮機(jī)于2020年2月至2020年4月壓縮機(jī)4 個(gè)通道有緩慢爬升趨勢(shì)，趨勢(shì)為1 倍頻，且壓縮機(jī)非聯(lián)端1 倍頻相位也存在緩慢變化趨勢(shì)，振值由17μm緩慢上漲至27μm。

2 機(jī)組異常分析

分析增壓機(jī)4個(gè)通道振動(dòng)緩慢上漲的特性如下。

圖1 1倍頻趨勢(shì)圖

（1）見(jiàn)圖1，壓縮機(jī)四通道振值緩慢持續(xù)上漲，壓縮機(jī)非聯(lián)端X、Y 軸上漲最為明顯。趨勢(shì)為1 倍頻。運(yùn)行狀態(tài)下測(cè)量壓縮機(jī)各接觸面間隙，結(jié)合各工藝參數(shù)變化趨勢(shì)及汽輪機(jī)聯(lián)端軸心位置與壓縮機(jī)聯(lián)端軸心位置做對(duì)比，排除壓縮機(jī)工藝參數(shù)及接觸面間隙的變化對(duì)振動(dòng)的影響。說(shuō)明壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中機(jī)體內(nèi)部出現(xiàn)不良惡化。

（2）分析壓縮機(jī)振動(dòng)異常的特征頻率，見(jiàn)圖1、圖2所示。調(diào)取壓縮機(jī)非聯(lián)端1倍頻趨勢(shì)與1倍頻相位做對(duì)比，可看出在轉(zhuǎn)速變化的情況下1倍頻幅值與1倍頻相位同步發(fā)生變化，同時(shí)壓縮機(jī)在固定轉(zhuǎn)速下軸位移由0.10 微米緩慢變化為0.06μm，當(dāng)穩(wěn)定在一定轉(zhuǎn)速下后相位變化的趨勢(shì)很小。說(shuō)明壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生了緩慢性改變。

圖2 1倍頻與相位對(duì)比趨勢(shì)圖

（3）進(jìn)一步調(diào)取壓縮機(jī)在振動(dòng)上漲后的波形頻譜圖，從時(shí)域圖可看出壓縮機(jī)4個(gè)通道正峰值與負(fù)峰值存在相對(duì)關(guān)系。從頻域圖中可看出，基頻振動(dòng)成分占比很大，而其它倍頻成分所占比例很小，引起壓縮機(jī)振動(dòng)的諧波能量主要是集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率上，為1 倍頻。在較小頻率中多以0.38 倍頻、0.41 倍頻為主。說(shuō)明轉(zhuǎn)子存在輕微的摩擦。但存在較多的低頻分量細(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）見(jiàn)圖3。壓縮機(jī)振動(dòng)緩慢上漲后，壓縮機(jī)非聯(lián)端軸心軌跡呈現(xiàn)外8字形，壓縮機(jī)聯(lián)端軸心軌跡呈現(xiàn)橢圓形，并伴有正反進(jìn)動(dòng)交替現(xiàn)象。說(shuō)明轉(zhuǎn)子存在不平衡且壓縮機(jī)非聯(lián)端伴有局部摩擦。

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，空分裝置“KDON-28000/34000型B 套壓縮機(jī)在自2 月份開(kāi)始發(fā)生了轉(zhuǎn)子不平衡故障。結(jié)合振動(dòng)趨勢(shì)緩慢上漲的特性，分析認(rèn)為該機(jī)組非聯(lián)端壓縮機(jī)進(jìn)氣側(cè)發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象，因轉(zhuǎn)子與定子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致密封間隙、汽流間隙減小，致使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子非聯(lián)端子存在一定程度的摩擦。

3.2 診斷建議

對(duì)空分裝置“KDON-28000/34000 型B套壓縮機(jī)異常振動(dòng)的診斷建議如下。

（1）擇機(jī)安排時(shí)間停車(chē)，對(duì)壓縮機(jī)非聯(lián)端軸承箱密封梳齒檢查，排除因密封梳齒引起的振動(dòng)故障。

（2）對(duì)壓縮機(jī)入口氣源品質(zhì)進(jìn)行化驗(yàn)，如有必要對(duì)壓縮機(jī)入口空氣過(guò)濾器進(jìn)行更換。

（3）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)人員對(duì)壓縮機(jī)非聯(lián)端軸承箱密封梳齒檢查，排除了此因素。壓縮機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)非聯(lián)端葉片及腔體流道、壓縮機(jī)入口管道均存在一定程度的結(jié)垢現(xiàn)象，通過(guò)高壓清洗去除垢狀物后啟機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，最高振值穩(wěn)定在20μm以下。

5 結(jié)論

通過(guò)頻譜趨勢(shì)分析及診斷驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

（1）轉(zhuǎn)子不平衡是旋轉(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。

（2）轉(zhuǎn)子不平衡引起的原因有很多，且不平衡狀態(tài)的轉(zhuǎn)子在持續(xù)運(yùn)行時(shí)極易引起局部摩擦類(lèi)故障，放任不管的話(huà)易發(fā)生嚴(yán)重的全周摩擦。

（3）轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)的特征頻率以工頻為主、隨著轉(zhuǎn)速的變化振動(dòng)幅值會(huì)同步變化。