旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷案例

李鑫 焦金峰

（新疆新業(yè)能源化工有限責(zé)任公司 昌吉 831100）

設(shè)備運轉(zhuǎn)是否平穩(wěn)直接影響裝置安全穩(wěn)定運行和企業(yè)經(jīng)濟效益。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進步，越來越多企業(yè)采用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷軟件對設(shè)備進行監(jiān)控維護。利用現(xiàn)代檢測與分析儀器，監(jiān)測讀取設(shè)備狀態(tài)信號，并對所測信號進行計算，提取能夠反映設(shè)備狀態(tài)的特征信息，識別設(shè)備當(dāng)前是處于正常狀態(tài)還是處于故障狀態(tài)。

本文通過系統(tǒng)地介紹旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在某廠合成氣汽輪機組設(shè)備發(fā)生故障后應(yīng)用分析。

1 機組異常描述

某廠合成氣壓縮機由汽輪機拖動壓縮機，汽輪機功率14369KW，第一階臨界轉(zhuǎn)速3800rpm，運行轉(zhuǎn)速6807-10201rpm。機組于2017 年7 月1 日晚由于汽輪機非聯(lián)端振動聯(lián)鎖（報警值63.5μm、聯(lián)鎖值88.9μm）跳車；機組跳車后1h進行了一次熱態(tài)啟機，機組沖第一臨界振動高手動拍停；于2017年7月2日10:50，機組第二次啟動后，最低運行轉(zhuǎn)速振動高達80μm，振動趨勢隨轉(zhuǎn)速變化波動明顯；壓縮機運轉(zhuǎn)正常。

2 機組異常分析

綜合振動圖譜，分析合成氣壓縮機組·汽輪機的振動特性如下。

（1）見圖1，機組聯(lián)鎖跳車時振動特征頻率以1倍頻為主，汽輪機前后軸承四個通道振動幅值同時瞬時突變上漲，非聯(lián)端（高壓側(cè)）由22μm瞬時突變上升至96μm，聯(lián)端（低壓側(cè)）由10μm 上升至55μm；汽輪機振動突變增長后，振動幅值未回落；說明汽輪機在運行過程中出現(xiàn)不良惡化。

圖1 1倍頻趨勢圖

（2）分析汽輪機振動異常的特征頻率，見圖1-圖2所示，引起汽輪機振動聯(lián)鎖跳車的異常特征頻率成分為工頻，工頻相位同步波動變化，軸位移有同步波動；說明轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布發(fā)生了突發(fā)性改變。

圖2 1倍頻相位趨勢圖

（3）細(xì)化分析汽輪機振動聯(lián)鎖時的波形形態(tài)與軸心軌跡形態(tài)，見圖3。汽輪機振動異常發(fā)生后，時域波形呈正弦波形態(tài)，波形的重復(fù)性與對稱性良好；汽輪機前后軸承處的軸心軌跡呈橢圓狀，渦動形式為正進動，渦動范圍較大；說明轉(zhuǎn)子上存在較大的不平衡量。

（4）分析汽輪機聯(lián)鎖停車1h后的啟機事件，汽輪機沖臨界振動幅值較高，機組拍停，特征頻率仍為工頻。

（5）機組于7.2 上午啟機運行至現(xiàn)在，汽輪機非聯(lián)端振值較高（80μm），振動能量主要為工頻，且振動趨勢隨轉(zhuǎn)速波動明顯。

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，對合成氣壓縮機組汽輪機的異常振動的診斷分析汽輪機于2017.7.1 晚發(fā)生了突發(fā)性動不平衡故障，汽輪機轉(zhuǎn)子發(fā)生機械損傷，轉(zhuǎn)子上有部件脫落可能性非常大；并在后續(xù)的兩次啟機運行中，汽輪機轉(zhuǎn)子存在一定程度的摩擦。

3.2 診斷建議

對合成氣壓縮機組·汽輪機的異常振動的診斷建議如下。

（1）盡快安排時間停車，對汽輪機進行解體檢修。

（2）如現(xiàn)場不具備停車條件，必須進行監(jiān)護運行，同時做好工藝方面嚴(yán)格工藝操作，盡量避免負(fù)荷劇烈變動；一旦振動再次發(fā)生突變，應(yīng)立刻停車進行檢修；檢修方面做好搶修的準(zhǔn)備，包括備品、備件的準(zhǔn)備，檢修隊伍的協(xié)調(diào)。

4 診斷驗證

機組停機后組織專業(yè)人員進行汽輪機拆卸檢查，如圖4 所示，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)汽輪機轉(zhuǎn)子與隔板靜葉柵存在明顯的摩擦痕跡且葉片中部發(fā)生斷裂。斷裂后的葉片在高轉(zhuǎn)速離心力作用下又撞擊第二級葉片，致使第二級葉片與隔板靜葉柵均產(chǎn)生了不同程度的撞擊損傷。

圖4

5 結(jié)論

本文通過系統(tǒng)地介紹旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷在某廠合成氣汽輪機組設(shè)備發(fā)生故障后應(yīng)用分析，得到以下結(jié)論：

（1）根據(jù)頻譜圖等有關(guān)圖譜，查找異常變化的頻率，再聯(lián)系故障特征頻率分析構(gòu)成振動激振力的來源，是判斷故障類型及分析故障原因所采用的基本方法。

（2）轉(zhuǎn)子部件脫落是旋轉(zhuǎn)設(shè)備比較嚴(yán)重的一類故障。輕則會使轉(zhuǎn)子振幅產(chǎn)生突然變化，影響機組正常運行；重則可能會觸發(fā)聯(lián)鎖停車甚至引發(fā)重大安全事故。部件脫落可能會在慣性的作用下飛出，發(fā)生二次事故。

（3）轉(zhuǎn)子部件脫落故障的機理與動平衡故障是相同的。并具備振動的通頻值在瞬間突然變化、振動的特征頻率以工頻為主、工頻振動的相位可能發(fā)生變化、突變后振值多趨于穩(wěn)定。