石化企業(yè)大型轉動設備撓性轉子不平衡故障分析和現(xiàn)場動平衡處理

卞文狀

（中國石油遼陽石化公司，遼寧 遼陽 111003）

石化企業(yè)壓縮機組等大型高速轉動設備受連續(xù)生產等諸多要求限制，往往需盡量避免長時間停車檢修。應用現(xiàn)場動平衡技術處理大型高速轉動設備撓性轉子不平衡故障的優(yōu)勢尤為明顯。

一、轉子不平衡故障特征

（1）時域波形近似等幅的正弦波。

（2）軸心軌跡為一個較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓。

（3）頻譜成分以工頻為主，由于非線性關系，常伴有部分諧波成分。

（4）一般徑向振動大于軸向振動。

（5）振幅隨轉速升高而增大，隨負荷和油溫變化不明顯。

（6）過臨界轉速有共振峰。

（7）當工作轉速一定時相位穩(wěn)定。

（8）轉子部件脫落，振幅變化明顯。

（9）從軸心軌跡觀察其進動特征為同步正進動。

二、轉子不平衡的種類及診斷方法

轉子不平衡的類型主要分為三種：原始不平衡、漸變不平衡、突發(fā)不平衡，診斷依據見表1和表2。

三、撓性轉子現(xiàn)場動平衡簡介

與剛性轉子不同，撓性轉子必須要考慮在不平衡離心力作用下轉子產生的撓曲變形，其平衡狀態(tài)是隨轉速變化的。撓性轉子的現(xiàn)場動平衡通常采用影響系數法。

表1 轉子不平衡的振動征兆

表2 轉子不平衡的振動敏感參數

應用影響系數法，對于剛性轉子，校正平面可選1～2個，平衡轉速為一個。對于撓性轉子如果也這樣做，僅能保證在所選轉速狀態(tài)下的平衡，不能保證在一大的轉速范圍內的平衡。如選臨界轉速作為平衡轉速，工作轉速下振動大，相反如在工作轉速下平衡，則轉子往往不能通過臨界轉速。因此，為平衡撓性轉子，必須增加平衡轉速的數目，相應的也應增加校正平面的數目，所以這是一種多平面多轉速的影響系數法。撓性轉子的平衡目標為在任何轉速下軸承反力都為零，然而實際平衡過程是在一個或幾個平衡轉速下，在有限的幾個校正平面加校正質量。撓性轉子現(xiàn)場動平衡技術就是正確選擇加重平面及平衡轉速，確定校正質量的大小和相位，以保證轉子在一定的平衡轉速范圍內達到預定的平衡目標。

現(xiàn)場實際應用于壓縮機等撓性轉子時，由于加重平面的位置限制，往往都將校正質量以墊片形式加于聯(lián)軸器螺栓上，并且由于轉速較高，校正質量一般都很小。

四、撓性轉子不平衡故障現(xiàn)場診斷及處理案例

1.故障描述

某石化公司一臺循環(huán)氫壓縮機組停車對透平端轉子除垢后啟車，透平轉子過一階臨界轉速后因振動過大而無法運行。透平端轉子一階臨界轉速為6 300r/min，工作轉速7 500r/min，膜片聯(lián)軸器單面螺栓為12個，軸承振動標準為＜35μm。該機組的測點布置見圖1。

對該風機進行了現(xiàn)場監(jiān)測，應用全頻測振儀測得機組轉速提高到7 500r/min時全頻振值，見表3。

表3 檢修前機組透平端全頻振值

振動測試及頻譜分析顯示，振動頻率主要為轉速頻率,且當轉速恒定時，幅值及相位較穩(wěn)定。振動頻譜圖見圖2、圖3。

2.故障診斷及處理措施

從測得的頻譜圖上看，循環(huán)氫壓縮機透平端軸承測點振動以工頻為主導，振幅隨轉速變化明顯，當轉速恒定時，振動幅值及相位穩(wěn)定，且同測點水平、垂直位置振動相位相差近90°，均符合轉子動不平衡故障特征，因此判斷為透平端轉子因葉輪檢修清垢造成了不平衡故障。

圖2 測點CH57振動頻譜圖

利用頻譜分析儀選用單面雙測點法在工作轉速下對該壓縮機組的透平端轉子進行動平衡校正，操作步驟如下。

（1）循環(huán)氫壓縮機轉速提升至7 500r/min時，測得的初始振值和相位：CH58全頻振值146μm，相位-150.27°；CH57全頻振值102μm，相位129.31°。

（2）停車，在對應聯(lián)軸器螺栓位置加試重墊片4.4g。

（3）再次啟車，循環(huán)氫壓縮機轉速升至7 500r/min時，測得的響應為：CH58全頻振值133μm，相位-161.48°；CH57全頻振值95μm，相位117.56°。

（4） 通過計算，應取下試重，并沿試重位置逆轉向旋轉60°（移動兩個螺栓位置），加重21g墊片。

再次啟動循環(huán)氫壓縮機組，在工作轉速下，應用頻譜分析儀測得機組全頻振值見表4。

表4 檢修后機組透平端全頻振值

顯然全頻振值已經滿足軸承振動標準，所以此次故障分析診斷是正確的，并且現(xiàn)場動平衡校驗也是非常成功的。

五、結束語

石化企業(yè)對于壓縮機等大型機組的撓性轉子不平衡故障常采用高速動平衡機進行校驗，而將轉子送出做高速動平衡校驗涉及到拆卸、吊運、校驗、回裝、調試等工序，往往需一周時間，這種做法不僅耗費大量人力物力，且影響生產，每天損失可達百萬元以上?？梢娡ㄟ^撓性轉子平衡問題的分析和現(xiàn)場動平衡處理能快捷地排除故障，改善機組的運行狀態(tài)，保證了機組的安全、平穩(wěn)、長周期、高效率運行，降低了石化企業(yè)因影響生產造成的經濟損失。

[1]沈慶根.化工機器故障診斷技術 [M].浙江：浙江大學出版社,1994.

[2]楊國安.機械設備故障診斷實用技術 [M].北京：中國石化出版社，2007.