機組振動在線監(jiān)測與診斷技術(shù)的應(yīng)用

潘高峰 楊 春

作者通聯(lián)：大慶煉化公司設(shè)備監(jiān)測中心 黑龍江大慶市讓胡路區(qū)馬鞍山 163411

E-mail：pangf@petrochina.com.cn

在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，依靠現(xiàn)場的定時巡檢和離線監(jiān)測，很難及時發(fā)現(xiàn)大型旋轉(zhuǎn)機組的潛在故障和事故隱患。而機組運轉(zhuǎn)的好壞又直接關(guān)系企業(yè)的安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行，機組非計劃停機對企業(yè)經(jīng)濟效益產(chǎn)生重要影響，因此在線狀態(tài)監(jiān)測就顯得十分必要。

與離線監(jiān)測相比，在線監(jiān)測技術(shù)有明顯的優(yōu)勢。首先在線監(jiān)測技術(shù)運行能使機器的維修方式從傳統(tǒng)的事故維修和定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測維修；其次，當機器發(fā)生故障時，離線監(jiān)測無法記錄現(xiàn)場真實有效數(shù)據(jù)，而在線監(jiān)測技術(shù)可以提供故障發(fā)生前后的真實數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，使得故障和維修大大加快；再次，在線監(jiān)測技術(shù)還可以通過對長時間監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)進行分析處理，給出機器的狀態(tài)趨勢，改進設(shè)備的管理辦法。

下面介紹的幾個典型故障案例，應(yīng)用S8000大型旋轉(zhuǎn)機械在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)提供的頻譜、軸心軌跡、相位等分析手段，準確判斷機組的故障，實現(xiàn)了預(yù)防性維修。

1.催化軸流風(fēng)機葉片斷裂不平衡故障診斷

2009年9月20日19時，催化裝置軸流風(fēng)機啟機運行，風(fēng)機前軸承X181A測點和后軸承X180A測點振動分別為12μm、11um。運行至22時30分，風(fēng)機前、后軸承振動突然增大，分別達到 92μm、66um，隨后又降至 52μm、55μm，并穩(wěn)定下來，但是振動幅值仍然很大。軸流風(fēng)機測點布置如圖1所示。

應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)進行故障分析，從風(fēng)機前軸承振動頻譜圖2、后軸承振動頻譜圖3中，可見1倍頻占有絕對的主導(dǎo)地位。與故障前頻譜圖比較，發(fā)現(xiàn)振動變化在1倍頻，初步判斷振動的增大是由于不平衡量發(fā)生變化所導(dǎo)致的。

圖1 軸流風(fēng)機測點布置示意圖

圖2 風(fēng)機前軸承X181測點振動頻譜圖

圖3 風(fēng)機后軸承X180測點振動頻譜圖

為了驗證不平衡量的變化，同時分析了風(fēng)機前軸承X181和X180測點1倍頻的振動相位變化。在振動變化前，X180測點 1倍頻相位顯示為 A側(cè) 63°，B側(cè) 223°，A、B的相位差約160°，而振動變化后，A 側(cè) 125°，B 側(cè) 279°，相位差 154°，說明故障原因為不平衡矢量發(fā)生改變，變化約60°。

由不平衡故障機理知道，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，如果發(fā)生葉片飛離、部件缺損或異物附著等情況時，發(fā)生質(zhì)量變化處的不平衡矢量與原始的不平衡矢量相疊加，合成的不平衡矢量大小、角度發(fā)生變化[1]，風(fēng)機運行只有3h，可排除固有不平衡、結(jié)垢造成的漸發(fā)不平衡等故障，而應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子的零部件脫落引發(fā)的突發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡。因此，決定停機檢查，結(jié)果是風(fēng)機2級動葉片斷裂脫落。

2.H型空壓機軸瓦間隙變大的故障診斷

2010年6月3日，動力廠H型空壓機啟機，三級軸振動為51μm、四級軸振動為49μm。運行至13日，三級、四級軸振動開始出現(xiàn)周期性的波動，三級、四級軸振動最大分別達到80μm、66μm。為確定振動變化的原因，應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)進行故障分析，機組結(jié)構(gòu)及測點布置如圖4所示。

圖4 H型空壓機結(jié)構(gòu)及測點示意圖

圖5 振動正常時三級測點頻譜圖

圖6 振動異常時三級測點頻譜圖

比較振動正常時的頻譜圖5和振動異常時的頻譜圖6及軸心軌跡圖7，從中可見：①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。②通頻振幅80μm，1倍頻 31μm， 半 頻41um；通頻振幅51μm，1倍頻 35μm，半頻幾乎沒有。③軸心軌跡在振幅大時，形狀呈內(nèi)“8”字形。

上述振動特征說明，空壓機三、四級振動的間歇性波動現(xiàn)象，是由于軸瓦間隙增大，且油中金屬磨粒增加，影響油膜的有效形成。按診斷結(jié)論，更換潤滑油，并減小軸瓦間隙后，半頻消失，振動平穩(wěn)正常。

圖7 振動異常時三級測點軸心軌跡圖

3.富氣壓縮機結(jié)垢故障診斷

ARGG裝置富氣壓縮機平穩(wěn)運行至2009年8月12日，在負荷等工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下，壓縮機的軸振幅值發(fā)生大幅的異常波動，振動幅值由13uμm增大到26μm，波動達到正常值的2倍。振動波動現(xiàn)象表明壓縮機存在故障，已影響到機組的正常運行，為此應(yīng)用在線監(jiān)測對故障進行診斷，機組測點布置見圖8。

圖8 壓縮機測點布置示意圖

圖9 壓縮機1倍頻振動趨勢

圖10 壓縮機1倍頻相位趨勢

壓縮機各測點的變化規(guī)律基本相似，選取14日—15日1天內(nèi)，測點V553A、V553B的振動和相位變化趨勢進行分析，故障特征為：①1倍頻幅值周而復(fù)始的周期波動，周期大約 2～3h（圖 9）。②1倍頻相位 3600周期性連續(xù)變化，波動周期與1倍頻幅值變化基本一致（圖10）。③軸心軌跡持續(xù)出現(xiàn)反進動（圖11）。

圖11 軸心軌跡出現(xiàn)反進動

上述特征表明壓縮機的振動發(fā)生周而復(fù)始的改變，振值有大到小，再逐步增大，振幅變化一個周期，相位正好變化360°，過程持續(xù)2～3h，軸心軌跡持續(xù)反進動。這些特征說明轉(zhuǎn)子存在整周的全摩擦，即旋轉(zhuǎn)性摩擦[2]。摩擦?xí)r，施加給轉(zhuǎn)子一個摩擦力，摩擦振動矢量和不平衡振動矢量合成的振動矢量做為新的不平衡振動矢量，隨摩擦點的變化，合成不平衡振動矢量不停地改變方向，從而形成幅值和相位不停地周而復(fù)始的變化。當摩擦振動矢量與不平衡矢量方向相反時，振動最小，當摩擦力與不平衡矢量方向相同時，振動達到最大。

為確定摩擦位置，進一步檢查軸瓦溫度和分析潤滑油的雜質(zhì)，軸瓦溫度正常，潤滑油的雜質(zhì)合格。診斷摩擦位置應(yīng)來自軸封或葉輪處，為防止摩擦造成機組事故，壓縮機停機檢查。

解體檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機葉輪內(nèi)部及外緣和梳齒密封結(jié)垢十分嚴重，垢層和機殼摩擦。與停機前的診斷結(jié)論吻合。清垢后安裝復(fù)原，壓縮機啟動，振動正常。

應(yīng)用在線監(jiān)測及診斷技術(shù)不但可以掌握設(shè)備的工作狀態(tài)變化，而且能夠科學(xué)指導(dǎo)設(shè)備維修，同時對查找故障根源、采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從根本解決故障往往起到?jīng)Q定作用，使維修過程具備更高的安全可靠性，綜合提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷［M］.北京.化學(xué)工業(yè)出版，2007

2 陳大禧，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機械診斷現(xiàn)場實用技術(shù)［M］.北京.機械工業(yè)出版，2002