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

通用電氣檢測控制技術(shù) 關(guān)曉東

通過對某化工公司壓縮機(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)速趨勢圖和轉(zhuǎn)軸振動軸心軌跡圖聯(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)計的時候都是按正常旋轉(zhuǎn)方向考慮的，如果壓縮機(jī)的實際轉(zhuǎn)向與該設(shè)計相反，則稱為壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)。

在額定工況運轉(zhuǎn)時，壓縮機(jī)通常不會發(fā)生反轉(zhuǎn)，但是在停機(jī)過程中反轉(zhuǎn)現(xiàn)象卻時有發(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)場一般不安裝反轉(zhuǎn)檢測裝置，如果安裝了鍵相和互相垂直的X/Y渦流探頭軸振測量傳感器，則可從其轉(zhuǎn)速趨勢圖和軸心軌跡圖中判斷壓縮機(jī)是否發(fā)生了反轉(zhuǎn)。

二、振動的進(jìn)動方向和軸心軌跡圖介紹

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

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動途徑，兩個互相垂直的趨進(jìn)式電渦流傳感器(X/Y組態(tài))測量轉(zhuǎn)子的振動。時基圖中的X和Y傳感器信號表明了單個傳感器所測量的振動，分別展示了X、Y傳感器的信號波形。這兩個時基信號結(jié)合在一起就組成了軸心軌跡圖(圖2)。

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

三、壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)案例分析

圖3是某化工廠的一臺丙烯壓縮機(jī)組示意圖，1臺蒸汽輪機(jī)驅(qū)動1臺離心壓縮機(jī)，共有4個滑動軸承，每個軸承在左右45°處各安裝了一個渦流徑向振動傳感器，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)組按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

振動測量和保護(hù)儀表采用GE本特利內(nèi)華達(dá)3 500系統(tǒng)，振動數(shù)據(jù)采集和存儲系統(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。System 1系統(tǒng)可以記錄振動和轉(zhuǎn)速的趨勢，并可顯示軸心軌跡和頻譜圖等。

在某次機(jī)組停機(jī)時，運行人員從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)時運行人員懷疑機(jī)組發(fā)生了反轉(zhuǎn)，但是由于停機(jī)時間很短，沒有觀察到實際情況。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，證實反轉(zhuǎn)事件確實發(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，停機(jī)過程的轉(zhuǎn)速趨勢如圖4所示。從趨勢看，轉(zhuǎn)速先從額定轉(zhuǎn)速迅速下降到約230r/min，然后有一個上升的過程，最后逐漸下降到停止不動。轉(zhuǎn)速趨勢圖幫助證實當(dāng)時確實發(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，振動仍然表現(xiàn)為反進(jìn)動。在低轉(zhuǎn)速時，振動一般表現(xiàn)為正進(jìn)動，除非X/Y傳感器的在軟件中設(shè)定的組態(tài)方向與實際安裝位置不符合或者機(jī)組發(fā)生了嚴(yán)重的不對中狀況。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)速趨勢圖和軸心軌跡圖判斷壓縮機(jī)反轉(zhuǎn)是一種簡便、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。