燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的振動(dòng)故障診斷分析

通用電氣檢測(cè)控制技術(shù) 彭順喜

通過(guò)對(duì)某大型油氣公司的一臺(tái)燃機(jī)進(jìn)行的振動(dòng)檢測(cè)和分析，探討了振動(dòng)報(bào)警值的正確設(shè)定規(guī)則。通過(guò)不同的振動(dòng)分析圖形，分析出振動(dòng)原因，說(shuō)明不同圖形在分析時(shí)的不同作用，完整的信號(hào)分析對(duì)于故障診斷非常重要。

一、簡(jiǎn)介

某大型合資油氣公司的一臺(tái)余氣燃機(jī)發(fā)電機(jī)組投運(yùn)約有7年，近1年來(lái)燃機(jī)與減速箱之間的中間軸靠近減速箱側(cè)軸承處發(fā)現(xiàn)振動(dòng)幅值逐漸增大，超過(guò)報(bào)警值，雖然期間做過(guò)一次動(dòng)平衡，但情況并未好轉(zhuǎn)。該機(jī)組在2012年6月底完成首次大修后，希望采集首次啟機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)，評(píng)估檢修后振動(dòng)水平，分析問(wèn)題產(chǎn)生的原因并提出治理方案。

該機(jī)組安裝的是本特利內(nèi)華達(dá)的3500在線保護(hù)系統(tǒng)。本特利內(nèi)華達(dá)的故障診斷團(tuán)隊(duì)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，使用的診斷儀器是ADRE408。該儀器是本特利內(nèi)華達(dá)新一代的高速動(dòng)態(tài)信號(hào)采集、分析系統(tǒng)，由ADRE Sxp軟件和408 DSPi (Dynamic Signal Procession Instrument動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理儀)多通道數(shù)據(jù)采集、處理儀器組成，能實(shí)施邊處理、邊顯示。它集成示波器、頻譜分析儀、濾波器、信號(hào)調(diào)制及數(shù)字信號(hào)記錄儀于同一平臺(tái)，特別設(shè)計(jì)適于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，可通過(guò)LAN/WAN遠(yuǎn)程操作，還可以不依賴計(jì)算機(jī)獨(dú)立運(yùn)行和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。ADRE 408從3500監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前面板的緩沖輸出采集信號(hào)。機(jī)組及傳感器布置圖如圖1所示。

圖1 機(jī)組及傳感器布置圖

除減速箱上安裝的是一支本特利330400加速度傳感器（靈敏度系數(shù)為100mV/g）外，其他所有傳感器均為本特利8mm XL渦流探頭，靈敏度系數(shù)均為7.87V/mm(200mV/mil)。

二、振動(dòng)報(bào)警、跳機(jī)定值的設(shè)定討論

振動(dòng)定值的設(shè)定一般在設(shè)備安裝調(diào)試階段由設(shè)備制造廠商給定。而設(shè)備制造廠商根據(jù)機(jī)器的特性結(jié)合國(guó)際振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)確定振動(dòng)定值。本機(jī)組高速軸（透平軸）的額定轉(zhuǎn)速為5163r/min，低速軸（發(fā)電機(jī)）的額定轉(zhuǎn)速為3 000r/min。

根據(jù)ISO 7919-3耦合的工業(yè)機(jī)器以及ISO 7919-4燃?xì)廨啓C(jī)組，振動(dòng)的報(bào)警定值推薦如表1所示。

機(jī)組實(shí)際振動(dòng)定值如表2所示。

從表1、2可以看到，燃機(jī)的定值略高于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電機(jī)的定值與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相同，差別比較大的是齒輪箱上的振動(dòng)定值。根據(jù)ISO 7919-3，齒輪箱的定值應(yīng)該是在適用的范圍內(nèi)的。中間軸3#瓦的警告報(bào)警值（95）比齒輪箱高速軸的警告報(bào)警值（73）略大，估計(jì)是后來(lái)人為修改所致，可能的原因是3#瓦的振動(dòng)幅值經(jīng)常在警告報(bào)警上下，為免頻繁報(bào)警作的修改。

設(shè)備提供商在新安裝機(jī)組時(shí)，將設(shè)定值降低一檔，就是說(shuō)將A/B設(shè)為警告報(bào)警，B/C設(shè)為跳機(jī)定值，這在新機(jī)組調(diào)試及其交工階段是可以理解的。但是用戶使用多年后，機(jī)組不再是新的機(jī)組，應(yīng)該提高一檔，但用戶一直沒(méi)有去修改，因而飽受報(bào)警跳機(jī)之苦。建議這樣的用戶在詢問(wèn)設(shè)備制造商后正式發(fā)文修改。

三、振動(dòng)分析

由振動(dòng)測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，僅就振動(dòng)趨勢(shì)而言，包括啟機(jī)，除3#瓦外振動(dòng)通頻值都在較低的范圍，3#瓦的振動(dòng)幅值正是用戶所困惑和擔(dān)憂的。

圖2是齒輪箱上的振動(dòng)趨勢(shì)，使用mm/s2為單位，便于和美國(guó)齒輪制造者協(xié)會(huì)AGMA的標(biāo)準(zhǔn)比較，可以看到，振動(dòng)還是較大的。

圖2 齒輪箱角速度通頻振動(dòng)趨勢(shì)圖

圖3是4#瓦在慢轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡圖，可以明顯地看到被測(cè)表面有明顯的缺陷，懷疑是存在銹斑等。慢轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)特性常常被忽視，本特利認(rèn)為渦流傳感器能很好識(shí)別慢轉(zhuǎn)速下的缺陷，因?yàn)檫@些缺陷不是真正的振動(dòng)，但可能導(dǎo)致振動(dòng)信號(hào)的增大或者減小，在需要計(jì)算動(dòng)平衡時(shí)需要補(bǔ)償?shù)?，從而能?zhǔn)確地平衡轉(zhuǎn)子。3#瓦也發(fā)現(xiàn)了類似的特征。

圖3 4#瓦的軸心軌跡/時(shí)域波形圖——慢轉(zhuǎn)速缺陷

圖4是1#、2#、3#、4#瓦的平均軸中心位置圖，可以看到3#、4#瓦軸心位置較高，可能和對(duì)中不良及過(guò)大的軸承間隙有關(guān)。軸平均中心位置圖在振動(dòng)故障診斷中有很大的作用，也是渦流傳感器的特點(diǎn)，很多故障通過(guò)軸中心位置圖可以清楚、快捷地得出結(jié)論。

圖4 高速軸1#～4#瓦的平均軸中心位置圖

圖5 3#、4#瓦的熱膨脹階段的極坐標(biāo)圖

圖5是3#、4#瓦在熱膨脹階段，即轉(zhuǎn)速剛到達(dá)全速時(shí)至滿負(fù)荷，甚至滿負(fù)荷后的一段時(shí)間的極坐標(biāo)圖，3#特別是X方向的1X矢量的相位變化較大。極坐標(biāo)能很好地表達(dá)矢量的變化，特別是相位變化很大時(shí)。為了采集到機(jī)組啟機(jī)和完全膨脹后的完整數(shù)據(jù)，常常要求采集到滿負(fù)荷，并且連續(xù)保持滿負(fù)荷至少4h。如果滿負(fù)荷4h后看到振動(dòng)還沒(méi)有穩(wěn)定，甚至要求一直保持滿負(fù)荷，直至熱膨脹階段結(jié)束，進(jìn)入真正的穩(wěn)態(tài)。

圖6是3#在穩(wěn)態(tài)時(shí)的軸心軌跡和時(shí)域波形圖，從其中看到了較為明顯的8字形軌跡，懷疑對(duì)中有問(wèn)題。

圖6 3#瓦的軸心軌跡和時(shí)域波形圖

圖7 齒輪箱上加速度傳感器采集到的穩(wěn)態(tài)下的譜圖

圖7是齒輪箱上的加速度傳感器采集的振動(dòng)譜圖。從中看到了較大、明顯的2倍的齒輪嚙合頻率。有高速軸和低速軸的邊帶。說(shuō)明齒輪因?qū)χ胁涣肌㈤g隙過(guò)大等原因出現(xiàn)明顯的沖擊。

四、結(jié)論

1.本特利的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析功能。

2.完整的數(shù)據(jù)、信息分析對(duì)故障診斷非常重要。

3.振動(dòng)報(bào)警定值需要謹(jǐn)慎審核。

4.齒輪箱與燃機(jī)的對(duì)中可能存在問(wèn)題。

5.軸承的間隙可能過(guò)大。