潘高峰 楊 春

作者通聯(lián)：大慶煉化公司設(shè)備監(jiān)測(cè)中心 黑龍江大慶市讓胡路區(qū)馬鞍山 163411

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在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，依靠現(xiàn)場(chǎng)的定時(shí)巡檢和離線監(jiān)測(cè)，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)組的潛在故障和事故隱患。而機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的好壞又直接關(guān)系企業(yè)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行，機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要影響，因此在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)就顯得十分必要。

與離線監(jiān)測(cè)相比，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先在線監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)行能使機(jī)器的維修方式從傳統(tǒng)的事故維修和定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測(cè)維修；其次，當(dāng)機(jī)器發(fā)生故障時(shí)，離線監(jiān)測(cè)無法記錄現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)有效數(shù)據(jù)，而在線監(jiān)測(cè)技術(shù)可以提供故障發(fā)生前后的真實(shí)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，使得故障和維修大大加快；再次，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還可以通過對(duì)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，給出機(jī)器的狀態(tài)趨勢(shì)，改進(jìn)設(shè)備的管理辦法。

下面介紹的幾個(gè)典型故障案例，應(yīng)用S8000大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)提供的頻譜、軸心軌跡、相位等分析手段，準(zhǔn)確判斷機(jī)組的故障，實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維修。

1.催化軸流風(fēng)機(jī)葉片斷裂不平衡故障診斷

2009年9月20日19時(shí)，催化裝置軸流風(fēng)機(jī)啟機(jī)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)前軸承X181A測(cè)點(diǎn)和后軸承X180A測(cè)點(diǎn)振動(dòng)分別為12μm、11um。運(yùn)行至22時(shí)30分，風(fēng)機(jī)前、后軸承振動(dòng)突然增大，分別達(dá)到 92μm、66um，隨后又降至 52μm、55μm，并穩(wěn)定下來，但是振動(dòng)幅值仍然很大。軸流風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，從風(fēng)機(jī)前軸承振動(dòng)頻譜圖2、后軸承振動(dòng)頻譜圖3中，可見1倍頻占有絕對(duì)的主導(dǎo)地位。與故障前頻譜圖比較，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)變化在1倍頻，初步判斷振動(dòng)的增大是由于不平衡量發(fā)生變化所導(dǎo)致的。

圖1 軸流風(fēng)機(jī)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖2 風(fēng)機(jī)前軸承X181測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖

圖3 風(fēng)機(jī)后軸承X180測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖

為了驗(yàn)證不平衡量的變化，同時(shí)分析了風(fēng)機(jī)前軸承X181和X180測(cè)點(diǎn)1倍頻的振動(dòng)相位變化。在振動(dòng)變化前，X180測(cè)點(diǎn) 1倍頻相位顯示為 A側(cè) 63°，B側(cè) 223°，A、B的相位差約160°，而振動(dòng)變化后，A 側(cè) 125°，B 側(cè) 279°，相位差 154°，說明故障原因?yàn)椴黄胶馐噶堪l(fā)生改變，變化約60°。

由不平衡故障機(jī)理知道，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，如果發(fā)生葉片飛離、部件缺損或異物附著等情況時(shí)，發(fā)生質(zhì)量變化處的不平衡矢量與原始的不平衡矢量相疊加，合成的不平衡矢量大小、角度發(fā)生變化[1]，風(fēng)機(jī)運(yùn)行只有3h，可排除固有不平衡、結(jié)垢造成的漸發(fā)不平衡等故障，而應(yīng)考慮轉(zhuǎn)子的零部件脫落引發(fā)的突發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡。因此，決定停機(jī)檢查，結(jié)果是風(fēng)機(jī)2級(jí)動(dòng)葉片斷裂脫落。

2.H型空壓機(jī)軸瓦間隙變大的故障診斷

2010年6月3日，動(dòng)力廠H型空壓機(jī)啟機(jī)，三級(jí)軸振動(dòng)為51μm、四級(jí)軸振動(dòng)為49μm。運(yùn)行至13日，三級(jí)、四級(jí)軸振動(dòng)開始出現(xiàn)周期性的波動(dòng)，三級(jí)、四級(jí)軸振動(dòng)最大分別達(dá)到80μm、66μm。為確定振動(dòng)變化的原因，應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行故障分析，機(jī)組結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示。

圖4 H型空壓機(jī)結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)示意圖

圖5 振動(dòng)正常時(shí)三級(jí)測(cè)點(diǎn)頻譜圖

圖6 振動(dòng)異常時(shí)三級(jí)測(cè)點(diǎn)頻譜圖

比較振動(dòng)正常時(shí)的頻譜圖5和振動(dòng)異常時(shí)的頻譜圖6及軸心軌跡圖7，從中可見：①振幅大時(shí)，半頻幅值明顯并增大，振幅小時(shí)，半頻幅值幾乎沒有。②通頻振幅80μm，1倍頻 31μm， 半 頻41um；通頻振幅51μm，1倍頻 35μm，半頻幾乎沒有。③軸心軌跡在振幅大時(shí)，形狀呈內(nèi)“8”字形。

上述振動(dòng)特征說明，空壓機(jī)三、四級(jí)振動(dòng)的間歇性波動(dòng)現(xiàn)象，是由于軸瓦間隙增大，且油中金屬磨粒增加，影響油膜的有效形成。按診斷結(jié)論，更換潤(rùn)滑油，并減小軸瓦間隙后，半頻消失，振動(dòng)平穩(wěn)正常。

圖7 振動(dòng)異常時(shí)三級(jí)測(cè)點(diǎn)軸心軌跡圖

3.富氣壓縮機(jī)結(jié)垢故障診斷

ARGG裝置富氣壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行至2009年8月12日，在負(fù)荷等工藝參數(shù)穩(wěn)定的情況下，壓縮機(jī)的軸振幅值發(fā)生大幅的異常波動(dòng)，振動(dòng)幅值由13uμm增大到26μm，波動(dòng)達(dá)到正常值的2倍。振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象表明壓縮機(jī)存在故障，已影響到機(jī)組的正常運(yùn)行，為此應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)對(duì)故障進(jìn)行診斷，機(jī)組測(cè)點(diǎn)布置見圖8。

圖8 壓縮機(jī)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖9 壓縮機(jī)1倍頻振動(dòng)趨勢(shì)

圖10 壓縮機(jī)1倍頻相位趨勢(shì)

壓縮機(jī)各測(cè)點(diǎn)的變化規(guī)律基本相似，選取14日—15日1天內(nèi)，測(cè)點(diǎn)V553A、V553B的振動(dòng)和相位變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，故障特征為：①1倍頻幅值周而復(fù)始的周期波動(dòng)，周期大約 2～3h（圖 9）。②1倍頻相位 3600周期性連續(xù)變化，波動(dòng)周期與1倍頻幅值變化基本一致（圖10）。③軸心軌跡持續(xù)出現(xiàn)反進(jìn)動(dòng)（圖11）。

圖11 軸心軌跡出現(xiàn)反進(jìn)動(dòng)

上述特征表明壓縮機(jī)的振動(dòng)發(fā)生周而復(fù)始的改變，振值有大到小，再逐步增大，振幅變化一個(gè)周期，相位正好變化360°，過程持續(xù)2～3h，軸心軌跡持續(xù)反進(jìn)動(dòng)。這些特征說明轉(zhuǎn)子存在整周的全摩擦，即旋轉(zhuǎn)性摩擦[2]。摩擦?xí)r，施加給轉(zhuǎn)子一個(gè)摩擦力，摩擦振動(dòng)矢量和不平衡振動(dòng)矢量合成的振動(dòng)矢量做為新的不平衡振動(dòng)矢量，隨摩擦點(diǎn)的變化，合成不平衡振動(dòng)矢量不停地改變方向，從而形成幅值和相位不停地周而復(fù)始的變化。當(dāng)摩擦振動(dòng)矢量與不平衡矢量方向相反時(shí)，振動(dòng)最小，當(dāng)摩擦力與不平衡矢量方向相同時(shí)，振動(dòng)達(dá)到最大。

為確定摩擦位置，進(jìn)一步檢查軸瓦溫度和分析潤(rùn)滑油的雜質(zhì)，軸瓦溫度正常，潤(rùn)滑油的雜質(zhì)合格。診斷摩擦位置應(yīng)來自軸封或葉輪處，為防止摩擦造成機(jī)組事故，壓縮機(jī)停機(jī)檢查。

解體檢查發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)葉輪內(nèi)部及外緣和梳齒密封結(jié)垢十分嚴(yán)重，垢層和機(jī)殼摩擦。與停機(jī)前的診斷結(jié)論吻合。清垢后安裝復(fù)原，壓縮機(jī)啟動(dòng)，振動(dòng)正常。

應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)不但可以掌握設(shè)備的工作狀態(tài)變化，而且能夠科學(xué)指導(dǎo)設(shè)備維修，同時(shí)對(duì)查找故障根源、采取相應(yīng)的預(yù)防措施，從根本解決故障往往起到?jīng)Q定作用，使維修過程具備更高的安全可靠性，綜合提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 沈慶根，鄭水英.設(shè)備故障診斷［M］.北京.化學(xué)工業(yè)出版，2007

2 陳大禧，朱鐵光.大型回轉(zhuǎn)機(jī)械診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)［M］.北京.機(jī)械工業(yè)出版，2002