卞文狀

（中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司，遼寧 遼陽(yáng) 111003）

石化企業(yè)壓縮機(jī)組等大型高速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備受連續(xù)生產(chǎn)等諸多要求限制，往往需盡量避免長(zhǎng)時(shí)間停車檢修。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)處理大型高速轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備撓性轉(zhuǎn)子不平衡故障的優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

一、轉(zhuǎn)子不平衡故障特征

（1）時(shí)域波形近似等幅的正弦波。

（2）軸心軌跡為一個(gè)較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓。

（3）頻譜成分以工頻為主，由于非線性關(guān)系，常伴有部分諧波成分。

（4）一般徑向振動(dòng)大于軸向振動(dòng)。

（5）振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大，隨負(fù)荷和油溫變化不明顯。

（6）過(guò)臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。

（7）當(dāng)工作轉(zhuǎn)速一定時(shí)相位穩(wěn)定。

（8）轉(zhuǎn)子部件脫落，振幅變化明顯。

（9）從軸心軌跡觀察其進(jìn)動(dòng)特征為同步正進(jìn)動(dòng)。

二、轉(zhuǎn)子不平衡的種類及診斷方法

轉(zhuǎn)子不平衡的類型主要分為三種：原始不平衡、漸變不平衡、突發(fā)不平衡，診斷依據(jù)見(jiàn)表1和表2。

三、撓性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡簡(jiǎn)介

與剛性轉(zhuǎn)子不同，撓性轉(zhuǎn)子必須要考慮在不平衡離心力作用下轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的撓曲變形，其平衡狀態(tài)是隨轉(zhuǎn)速變化的。撓性轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡通常采用影響系數(shù)法。

表1 轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)征兆

表2 轉(zhuǎn)子不平衡的振動(dòng)敏感參數(shù)

應(yīng)用影響系數(shù)法，對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，校正平面可選1～2個(gè)，平衡轉(zhuǎn)速為一個(gè)。對(duì)于撓性轉(zhuǎn)子如果也這樣做，僅能保證在所選轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的平衡，不能保證在一大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的平衡。如選臨界轉(zhuǎn)速作為平衡轉(zhuǎn)速，工作轉(zhuǎn)速下振動(dòng)大，相反如在工作轉(zhuǎn)速下平衡，則轉(zhuǎn)子往往不能通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速。因此，為平衡撓性轉(zhuǎn)子，必須增加平衡轉(zhuǎn)速的數(shù)目，相應(yīng)的也應(yīng)增加校正平面的數(shù)目，所以這是一種多平面多轉(zhuǎn)速的影響系數(shù)法。撓性轉(zhuǎn)子的平衡目標(biāo)為在任何轉(zhuǎn)速下軸承反力都為零，然而實(shí)際平衡過(guò)程是在一個(gè)或幾個(gè)平衡轉(zhuǎn)速下，在有限的幾個(gè)校正平面加校正質(zhì)量。撓性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)就是正確選擇加重平面及平衡轉(zhuǎn)速，確定校正質(zhì)量的大小和相位，以保證轉(zhuǎn)子在一定的平衡轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)達(dá)到預(yù)定的平衡目標(biāo)。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用于壓縮機(jī)等撓性轉(zhuǎn)子時(shí)，由于加重平面的位置限制，往往都將校正質(zhì)量以墊片形式加于聯(lián)軸器螺栓上，并且由于轉(zhuǎn)速較高，校正質(zhì)量一般都很小。

四、撓性轉(zhuǎn)子不平衡故障現(xiàn)場(chǎng)診斷及處理案例

1.故障描述

某石化公司一臺(tái)循環(huán)氫壓縮機(jī)組停車對(duì)透平端轉(zhuǎn)子除垢后啟車，透平轉(zhuǎn)子過(guò)一階臨界轉(zhuǎn)速后因振動(dòng)過(guò)大而無(wú)法運(yùn)行。透平端轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速為6 300r/min，工作轉(zhuǎn)速7 500r/min，膜片聯(lián)軸器單面螺栓為12個(gè)，軸承振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)為＜35μm。該機(jī)組的測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

對(duì)該風(fēng)機(jī)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，應(yīng)用全頻測(cè)振儀測(cè)得機(jī)組轉(zhuǎn)速提高到7 500r/min時(shí)全頻振值，見(jiàn)表3。

表3 檢修前機(jī)組透平端全頻振值

振動(dòng)測(cè)試及頻譜分析顯示，振動(dòng)頻率主要為轉(zhuǎn)速頻率,且當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，幅值及相位較穩(wěn)定。振動(dòng)頻譜圖見(jiàn)圖2、圖3。

2.故障診斷及處理措施

從測(cè)得的頻譜圖上看，循環(huán)氫壓縮機(jī)透平端軸承測(cè)點(diǎn)振動(dòng)以工頻為主導(dǎo)，振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，當(dāng)轉(zhuǎn)速恒定時(shí)，振動(dòng)幅值及相位穩(wěn)定，且同測(cè)點(diǎn)水平、垂直位置振動(dòng)相位相差近90°，均符合轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡故障特征，因此判斷為透平端轉(zhuǎn)子因葉輪檢修清垢造成了不平衡故障。

圖2 測(cè)點(diǎn)CH57振動(dòng)頻譜圖

利用頻譜分析儀選用單面雙測(cè)點(diǎn)法在工作轉(zhuǎn)速下對(duì)該壓縮機(jī)組的透平端轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校正，操作步驟如下。

（1）循環(huán)氫壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提升至7 500r/min時(shí)，測(cè)得的初始振值和相位：CH58全頻振值146μm，相位-150.27°；CH57全頻振值102μm，相位129.31°。

（2）停車，在對(duì)應(yīng)聯(lián)軸器螺栓位置加試重墊片4.4g。

（3）再次啟車，循環(huán)氫壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速升至7 500r/min時(shí)，測(cè)得的響應(yīng)為：CH58全頻振值133μm，相位-161.48°；CH57全頻振值95μm，相位117.56°。

（4） 通過(guò)計(jì)算，應(yīng)取下試重，并沿試重位置逆轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)60°（移動(dòng)兩個(gè)螺栓位置），加重21g墊片。

再次啟動(dòng)循環(huán)氫壓縮機(jī)組，在工作轉(zhuǎn)速下，應(yīng)用頻譜分析儀測(cè)得機(jī)組全頻振值見(jiàn)表4。

表4 檢修后機(jī)組透平端全頻振值

顯然全頻振值已經(jīng)滿足軸承振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，所以此次故障分析診斷是正確的，并且現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡校驗(yàn)也是非常成功的。

五、結(jié)束語(yǔ)

石化企業(yè)對(duì)于壓縮機(jī)等大型機(jī)組的撓性轉(zhuǎn)子不平衡故障常采用高速動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，而將轉(zhuǎn)子送出做高速動(dòng)平衡校驗(yàn)涉及到拆卸、吊運(yùn)、校驗(yàn)、回裝、調(diào)試等工序，往往需一周時(shí)間，這種做法不僅耗費(fèi)大量人力物力，且影響生產(chǎn)，每天損失可達(dá)百萬(wàn)元以上?？梢?jiàn)通過(guò)撓性轉(zhuǎn)子平衡問(wèn)題的分析和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡處理能快捷地排除故障，改善機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，保證了機(jī)組的安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期、高效率運(yùn)行，降低了石化企業(yè)因影響生產(chǎn)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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

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