利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)判斷大型壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)的方法

通用電氣檢測(cè)控制技術(shù) 關(guān)曉東

通過對(duì)某化工公司壓縮機(jī)停機(jī)過程中發(fā)生的反轉(zhuǎn)事件分析，介紹了利用GE本特利內(nèi)華達(dá)System 1軟件分析轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖和轉(zhuǎn)軸振動(dòng)軸心軌跡圖聯(lián)合判斷壓縮機(jī)發(fā)生反轉(zhuǎn)的方法。該方法同樣適用于安裝了鍵相或者轉(zhuǎn)速探頭、軸振探頭的旋轉(zhuǎn)設(shè)備。

一、反轉(zhuǎn)現(xiàn)象

壓縮機(jī)的密封、葉輪、軸承甚至增速機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候都是按正常旋轉(zhuǎn)方向考慮的，如果壓縮機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)向與該設(shè)計(jì)相反，則稱為壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)。

在額定工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)通常不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)，但是在停機(jī)過程中反轉(zhuǎn)現(xiàn)象卻時(shí)有發(fā)生。壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)輕者損傷軸承，重者可能破壞干氣密封，甚至導(dǎo)致葉輪脫落。

壓縮機(jī)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)一般不安裝反轉(zhuǎn)檢測(cè)裝置，如果安裝了鍵相和互相垂直的X/Y渦流探頭軸振測(cè)量傳感器，則可從其轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖和軸心軌跡圖中判斷壓縮機(jī)是否發(fā)生了反轉(zhuǎn)。

二、振動(dòng)的進(jìn)動(dòng)方向和軸心軌跡圖介紹

振動(dòng)是有方向性的。軸承上安裝有互相垂直的兩個(gè)X/Y渦流探頭，用于測(cè)量徑向振動(dòng)，如圖1所示。圖中轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向是逆時(shí)針，如果振動(dòng)方向是從X到Y(jié)，即振動(dòng)方向是逆時(shí)針，那么振動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)方向相同，稱為正進(jìn)動(dòng)。如果振動(dòng)方向是從Y到X，則振動(dòng)方向和旋轉(zhuǎn)方向相反，稱為反進(jìn)動(dòng)。在沒有故障時(shí)，機(jī)組振動(dòng)總是表現(xiàn)為正進(jìn)動(dòng)。

軸心軌跡圖顯示的是軸的中心線在油膜軸承間隙內(nèi)的位置變化情況，展示了軸的中心線的運(yùn)動(dòng)途徑，兩個(gè)互相垂直的趨進(jìn)式電渦流傳感器(X/Y組態(tài))測(cè)量轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。時(shí)基圖中的X和Y傳感器信號(hào)表明了單個(gè)傳感器所測(cè)量的振動(dòng)，分別展示了X、Y傳感器的信號(hào)波形。這兩個(gè)時(shí)基信號(hào)結(jié)合在一起就組成了軸心軌跡圖(圖2)。

從軌跡圖中的斷點(diǎn)處向黑色粗點(diǎn)看，其方向就是振動(dòng)方向，圖中用黑色箭頭所指的方向就是轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向，圖中所顯示的振動(dòng)是正進(jìn)動(dòng)。

三、壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)案例分析

圖3是某化工廠的一臺(tái)丙烯壓縮機(jī)組示意圖，1臺(tái)蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)1臺(tái)離心壓縮機(jī)，共有4個(gè)滑動(dòng)軸承，每個(gè)軸承在左右45°處各安裝了一個(gè)渦流徑向振動(dòng)傳感器，在汽輪機(jī)上安裝有鍵相傳感器。從汽輪機(jī)向壓縮機(jī)看，機(jī)組按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

振動(dòng)測(cè)量和保護(hù)儀表采用GE本特利內(nèi)華達(dá)3 500系統(tǒng)，振動(dòng)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)系統(tǒng)是本特利內(nèi)華達(dá)System 1軟件，由于參考了很多設(shè)備管理和診斷專家的意見，System 1又是一款強(qiáng)大的資產(chǎn)管理平臺(tái)。System 1系統(tǒng)可以記錄振動(dòng)和轉(zhuǎn)速的趨勢(shì)，并可顯示軸心軌跡和頻譜圖等。

在某次機(jī)組停機(jī)時(shí)，運(yùn)行人員從DCS系統(tǒng)中觀察到機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到約234r/min(18:58:45)后又忽然上升至1 276r/min(18:59:02)。

當(dāng)時(shí)運(yùn)行人員懷疑機(jī)組發(fā)生了反轉(zhuǎn)，但是由于停機(jī)時(shí)間很短，沒有觀察到實(shí)際情況。不過通過分析本特利內(nèi)華達(dá)System 1中記錄的歷史數(shù)據(jù)和相關(guān)圖譜，證實(shí)反轉(zhuǎn)事件確實(shí)發(fā)生了。

首先，調(diào)用本特利內(nèi)華達(dá)System 1中的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)，停機(jī)過程的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)如圖4所示。從趨勢(shì)看，轉(zhuǎn)速先從額定轉(zhuǎn)速迅速下降到約230r/min，然后有一個(gè)上升的過程，最后逐漸下降到停止不動(dòng)。轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖幫助證實(shí)當(dāng)時(shí)確實(shí)發(fā)生了降速—升速—又降速—停止的過程。

當(dāng)轉(zhuǎn)速最后已經(jīng)下降到100r/min以下時(shí)，振動(dòng)仍然表現(xiàn)為反進(jìn)動(dòng)。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，振動(dòng)一般表現(xiàn)為正進(jìn)動(dòng)，除非X/Y傳感器的在軟件中設(shè)定的組態(tài)方向與實(shí)際安裝位置不符合或者機(jī)組發(fā)生了嚴(yán)重的不對(duì)中狀況。在本例中，可以肯定X/Y傳感器的配置是正確的，所以可以判斷此時(shí)機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向發(fā)生了變化。

四、結(jié)論

利用本特利內(nèi)華達(dá)System 1中記錄的轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖和軸心軌跡圖判斷壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)是一種簡(jiǎn)便、有效的方法，適用于類似的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，比如壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、泵等。反轉(zhuǎn)事件發(fā)生后，設(shè)備人員應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)的措施，進(jìn)行必要的檢查和處理，避免嚴(yán)重后果的發(fā)生。