遠(yuǎn)程診斷油膜振蕩造成的汽輪機(jī)軸瓦摩碰故障

李 犇，孫業(yè)軍，興成宏

（中國石油遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測(cè)部，遼寧遼陽 111003）

0 引言

滑動(dòng)軸承具有良好的抗振性能和較長(zhǎng)的工作壽命，因此在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械中獲得廣泛應(yīng)用。滑動(dòng)軸承工作性能的好壞直接影響到機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響到整個(gè)生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。目前，國內(nèi)石油煉化企業(yè)中大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的摩碰故障發(fā)生率僅次于不平衡，為關(guān)鍵機(jī)組的第二類振動(dòng)故障，而引起軸瓦摩碰故障的一個(gè)原因就是油膜渦動(dòng)或者油膜振蕩，油膜振蕩的早期準(zhǔn)確診斷能有效提高機(jī)組運(yùn)行的安全性，杜絕安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

1 油膜振蕩的故障機(jī)理及故障征兆

1.1 油膜振蕩的故障機(jī)理

油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象稱作油膜渦動(dòng)，而油膜渦動(dòng)是油膜振蕩的初級(jí)階段。油膜渦動(dòng)和油膜振蕩是滑動(dòng)軸承的一種特有故障，機(jī)組在發(fā)生油膜渦動(dòng)后渦動(dòng)頻率就不再消失，并且隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的不斷升高，其渦動(dòng)頻率也不斷增大，振幅也不斷增大，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)，其渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子的一階臨界頻率相同，至此轉(zhuǎn)子自振頻率和軸頸渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)發(fā)生大幅度共振現(xiàn)象，油膜很快發(fā)生局部油膜破裂，軸瓦和軸頸之間發(fā)生摩擦，發(fā)出吼叫聲。油膜振蕩時(shí)從監(jiān)測(cè)的圖譜上可以明顯看到1/2倍頻的幅值接近或超過1倍頻振幅，軸心軌跡紊亂、發(fā)散，變成擴(kuò)散的不規(guī)則圖形，進(jìn)動(dòng)方向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)。

軸承產(chǎn)生油膜渦動(dòng)和油膜振蕩的原因：①滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)、制造不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；②軸瓦間隙不良；③軸承磨損、腐蝕；④軸瓦工藝參數(shù)不當(dāng)，如潤滑油油壓、油溫等。

1.2 油膜振蕩的故障特征

（1）機(jī)組振動(dòng)頻率為一階自振頻率。

（2）在低轉(zhuǎn)速時(shí)，頻譜圖上已出現(xiàn)半速渦動(dòng)頻率成分，渦流頻率與轉(zhuǎn)速頻率之比在0.35～0.48，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到2倍一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，產(chǎn)生大幅度振動(dòng)。

（3）機(jī)組發(fā)生油膜振蕩后，轉(zhuǎn)速逐步升高，振幅并不下降，機(jī)組的振動(dòng)頻率仍然維持在轉(zhuǎn)子一階自振頻率上。

（4）軸心軌跡形狀紊亂、發(fā)散。

（5）頻譜圖上有時(shí)出現(xiàn)工頻與振蕩頻率的和差頻率成分。

2 油膜振蕩故障診斷實(shí)例

某廠化肥裝置合成氣壓縮機(jī)組蒸汽透平是1965年AEGKANIS公司制造，推力軸承為米切爾式，徑向瓦軸承為橢圓剖分式。壓縮機(jī)共分為高低壓兩缸，機(jī)組結(jié)構(gòu)概貌圖如圖1所示。該機(jī)組經(jīng)過窗口檢修后開機(jī)試運(yùn)行，機(jī)組開車后運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)組各測(cè)點(diǎn)振值無異常波動(dòng)，2017年8月27日8∶30開始，103-J高壓透平XI-34測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的振動(dòng)值逐漸升高，由52.4μm升高到150.2μm，其間機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)趨勢(shì)如圖2所示，運(yùn)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)從頻譜圖中可以看出，引起振動(dòng)升高的主要成分是0.35～0.48倍成分，軸心軌跡雜亂無章（圖3）。

圖1 汽輪機(jī)壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)

圖2 汽輪機(jī)壓縮機(jī)振動(dòng)趨勢(shì)

圖3 XI-34測(cè)點(diǎn)波形頻譜及軸心軌跡

通過現(xiàn)場(chǎng)了解得知蒸汽質(zhì)量良好，潤滑油回油溫度和軸瓦溫度有逐漸升高現(xiàn)象，潤滑油分析后發(fā)現(xiàn)油中含有巴士和金成分。通過監(jiān)測(cè)進(jìn)一步分析，機(jī)組振動(dòng)大時(shí)，軸心軌跡明顯表現(xiàn)出發(fā)散，判斷此時(shí)軸承發(fā)生了油膜振蕩，并通過油質(zhì)分析，判斷此時(shí)軸承已損壞。徹底消除油膜渦動(dòng)和油膜振蕩故障，必須立即更換軸瓦。建議檢修更換新橢圓瓦時(shí)嚴(yán)禁車削瓦口，并將軸瓦間隙控制在允許下限0.28μm。隨后機(jī)組9月2日停機(jī)解體檢修，確認(rèn)軸承巴氏合金層嚴(yán)重剝落(圖4)，避免了一起轉(zhuǎn)子燒損的嚴(yán)重設(shè)備事故。

3 結(jié)語

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，高性能、特殊性能軸瓦的出現(xiàn)讓旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行更加安全平穩(wěn)，但油膜渦動(dòng)甚至油膜振蕩故障也時(shí)有發(fā)生，其故障診斷的難點(diǎn)是如何準(zhǔn)確推斷故障點(diǎn)和故障產(chǎn)生的原因。以某石化的汽輪壓縮機(jī)組發(fā)生油膜振蕩故障的現(xiàn)場(chǎng)診斷實(shí)例為基礎(chǔ)，通過油膜振蕩的典型故障征兆對(duì)機(jī)組進(jìn)行診斷，明確該類故障的特征，并找到該類故障的主要原因，通過計(jì)劃檢維修，避免了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。通過機(jī)組的檢維修，確認(rèn)機(jī)組軸瓦磨損嚴(yán)重，印證了故障診斷的準(zhǔn)確性，通過實(shí)例分析說明，這種診斷方法能夠指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)人員及時(shí)找到故障原因，進(jìn)而保證裝置的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行。

［1］張碧波.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

［2］沈慶根.化工機(jī)器故障診斷技術(shù)［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1994.

［3］楊國安.機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國石化出版社，2007.

［4］廖伯瑜.機(jī)械故障診斷基礎(chǔ)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

圖4 軸瓦磨損嚴(yán)重