旋轉設備狀態監測與故障診斷案例

李鑫 焦金峰

（新疆新業能源化工有限責任公司 昌吉 831100）

設備運轉是否平穩直接影響裝置安全穩定運行和企業經濟效益。隨著科學技術水平的進步，越來越多企業采用狀態監測與故障診斷軟件對設備進行監控維護。利用現代檢測與分析儀器，監測讀取設備狀態信號，并對所測信號進行計算，提取能夠反映設備狀態的特征信息，識別設備當前是處于正常狀態還是處于故障狀態。

本文通過系統地介紹旋轉設備狀態監測與故障診斷在某廠合成氣汽輪機組設備發生故障后應用分析。

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，第一階臨界轉速3800rpm，運行轉速6807-10201rpm。機組于2017 年7 月1 日晚由于汽輪機非聯端振動聯鎖（報警值63.5μm、聯鎖值88.9μm）跳車；機組跳車后1h進行了一次熱態啟機，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，最低運行轉速振動高達80μm，振動趨勢隨轉速變化波動明顯；壓縮機運轉正常。

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，非聯端（高壓側）由22μm瞬時突變上升至96μm，聯端（低壓側）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；說明轉子的質量分布發生了突發性改變。

圖2 1倍頻相位趨勢圖

（3）細化分析汽輪機振動聯鎖時的波形形態與軸心軌跡形態，見圖3。汽輪機振動異常發生后，時域波形呈正弦波形態，波形的重復性與對稱性良好；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；說明轉子上存在較大的不平衡量。

（4）分析汽輪機聯鎖停車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 上午啟機運行至現在，汽輪機非聯端振值較高（80μm），振動能量主要為工頻，且振動趨勢隨轉速波動明顯。

圖3 軸心軌跡圖

3 診斷結論及建議

3.1 診斷結論

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 晚發生了突發性動不平衡故障，汽輪機轉子發生機械損傷，轉子上有部件脫落可能性非常大；并在后續的兩次啟機運行中，汽輪機轉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）如現場不具備停車條件，必須進行監護運行，同時做好工藝方面嚴格工藝操作，盡量避免負荷劇烈變動；一旦振動再次發生突變，應立刻停車進行檢修；檢修方面做好搶修的準備，包括備品、備件的準備，檢修隊伍的協調。

4 診斷驗證

機組停機后組織專業人員進行汽輪機拆卸檢查，如圖4 所示，經檢查發現汽輪機轉子與隔板靜葉柵存在明顯的摩擦痕跡且葉片中部發生斷裂。斷裂后的葉片在高轉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生了不同程度的撞擊損傷。

圖4

5 結論

本文通過系統地介紹旋轉設備狀態監測與故障診斷在某廠合成氣汽輪機組設備發生故障后應用分析，得到以下結論：

（1）根據頻譜圖等有關圖譜，查找異常變化的頻率，再聯系故障特征頻率分析構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）轉子部件脫落是旋轉設備比較嚴重的一類故障。輕則會使轉子振幅產生突然變化，影響機組正常運行；重則可能會觸發聯鎖停車甚至引發重大安全事故。部件脫落可能會在慣性的作用下飛出，發生二次事故。

（3）轉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生變化、突變后振值多趨于穩定。