劉光勇

（吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心，新疆鄯善838202）

氧壓機(jī)瞬態(tài)故障信號采集與分析

劉光勇

（吐哈油田公司技術(shù)監(jiān)測中心，新疆鄯善838202）

瞬態(tài)信號的分析研究在設(shè)備故障診斷中具有重要價(jià)值，由于瞬態(tài)信號具有隨機(jī)性、時(shí)間短、不易捕捉的特點(diǎn)，因此，如何將瞬態(tài)信號記錄下來并重新構(gòu)建還原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就成為研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過氧壓機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)瞬時(shí)波動(dòng)的故障案例，闡述了對瞬態(tài)信號進(jìn)行采集、處理和分析方法，準(zhǔn)確判斷氧壓機(jī)瞬時(shí)波動(dòng)的故障原因，從而消除故障隱患，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

氧氣壓縮機(jī)；故障診斷；信號分析

1 引言

我公司一臺(tái)3TYS78+2TYS56型氧壓機(jī)組，結(jié)構(gòu)形式為蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)，壓縮機(jī)分為低壓缸和高壓缸。低壓缸與汽輪機(jī)直接相連，轉(zhuǎn)速為12392 r/min，高壓缸通過增速箱與低壓缸連接，轉(zhuǎn)速為14429 r/min。在機(jī)組運(yùn)行過程中，Bently3500監(jiān)測系統(tǒng)顯示壓縮機(jī)高壓缸轉(zhuǎn)子軸向位移不定時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)波動(dòng)，瞬間達(dá)到最高幅值后又很快恢復(fù)到正常水平，通常一天會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)1至3次。為了消除設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)，保證運(yùn)行安全，決定對故障性質(zhì)作進(jìn)一步分析判斷。

2 信號采集與分析

2.1 測試分析系統(tǒng)的選擇

選用B&K3560B多通道振動(dòng)噪聲測試分析系統(tǒng)，主要包括多通道數(shù)據(jù)采集器和Pulse分析軟件，它集成FFT分析儀、階次分析儀、數(shù)據(jù)記錄儀、轉(zhuǎn)速儀、總級值分析儀等多種模塊，該系統(tǒng)可用于旋轉(zhuǎn)設(shè)備及相關(guān)零部件的振動(dòng)測試、階次分析、轉(zhuǎn)速跟蹤、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性測試和模態(tài)分析等，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測和數(shù)據(jù)回放功能。

2.2 診斷方案設(shè)計(jì)

該故障具有隨機(jī)性、持續(xù)時(shí)間短、捕捉難度大的特點(diǎn)，如果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析困難較大。因此決定利用B&K3560B測試分析系統(tǒng)TDR(數(shù)據(jù)記錄儀)模塊將各測點(diǎn)原始振動(dòng)時(shí)域信號完整錄制下來，并自動(dòng)存儲(chǔ)于電腦硬盤中，然后利用專業(yè)軟件進(jìn)行重新采樣，構(gòu)建還原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)再現(xiàn)故障當(dāng)時(shí)情況，以便于技術(shù)人員作進(jìn)一步的分析判斷。

2.3 故障信號處理與分析

將儀器設(shè)置為自動(dòng)錄制模式，放在壓縮機(jī)運(yùn)行現(xiàn)場，共錄制原始數(shù)據(jù)36 h。錄制完成后對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，數(shù)據(jù)顯示其間發(fā)生過5次波動(dòng)，振幅大小每次都不同，但是波形完全一致，挑選一組進(jìn)行分析說明見圖1。該信號持續(xù)時(shí)間約0.1s，因此，截取波動(dòng)點(diǎn)前后0.5s的時(shí)域信號進(jìn)行重新采樣，得到對應(yīng)的頻譜和細(xì)化譜圖形見圖2、圖3。

圖1 軸向位移波動(dòng)前后0.5s時(shí)域波形

圖2 軸向位移波動(dòng)重新采樣后的頻譜圖

圖3 細(xì)化譜

用同樣的方法找出波動(dòng)瞬間對應(yīng)時(shí)刻高壓缸轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)信號的時(shí)域波形及軸心軌跡見圖4、圖5。

圖4 波動(dòng)對應(yīng)時(shí)刻徑向振動(dòng)時(shí)域信號

圖5 波動(dòng)對應(yīng)時(shí)刻徑向軸心軌跡

在圖1中可以清晰看出軸向位移波動(dòng)呈跳躍型，振幅上升時(shí)間約為0.08 s，下降約為0.71 s，上下振幅波動(dòng)約240 μm，持續(xù)時(shí)間非常短，到達(dá)最高幅值后隨即恢復(fù)到正常水平。而在此瞬間，徑向振動(dòng)的時(shí)域波形也沒有任何異常變化，機(jī)組轉(zhuǎn)速和軸心軌跡保持穩(wěn)定狀態(tài)。

通過以上數(shù)據(jù)分析，假如軸向位移產(chǎn)生真實(shí)波動(dòng)，說明高壓缸轉(zhuǎn)子軸向力發(fā)生變化。通常軸向力平衡會(huì)受到末級壓力、進(jìn)氣壓差、平衡鼓氣封以及推力軸承潤滑油溫度、壓力等因素影響，如果軸向力確實(shí)受到這些因素影響而產(chǎn)生波動(dòng)，那么恢復(fù)到平衡狀態(tài)也需要一個(gè)較長過程，而現(xiàn)場運(yùn)行記錄顯示這些工藝參數(shù)在波動(dòng)瞬間也沒有出現(xiàn)任何變化。假如受到機(jī)械碰磨產(chǎn)生軸向波動(dòng)，通常徑向振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生一定程度波動(dòng)，根據(jù)對徑向傳感器數(shù)據(jù)重新采樣得到的圖形和數(shù)據(jù)表明此時(shí)徑向時(shí)域波形和軸心軌跡也十分穩(wěn)定，沒有絲毫異常波動(dòng)。由此判斷，監(jiān)測信號顯示的波動(dòng)幅值并非由高壓缸轉(zhuǎn)子軸向位移真實(shí)的波動(dòng)而引起，首先排除了機(jī)械故障因素，那么最大可能是傳感器或前置放大器以及連接電纜之間產(chǎn)生的不穩(wěn)定干擾信號。

根據(jù)這個(gè)結(jié)論，重新更換了軸向位移渦流傳感器，并對線路檢查調(diào)試，監(jiān)測信號恢復(fù)正常，故障得以排除。

3 結(jié)論

大型高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備監(jiān)測信號瞬時(shí)波動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生，會(huì)對設(shè)備的正常運(yùn)行造成干撓，嚴(yán)重時(shí)造成機(jī)組高報(bào)停機(jī)。而從另一個(gè)角度來看，某些瞬態(tài)信號譬如起停機(jī)、升降速信號中又包含了豐富的故障特征信息，因此，對瞬態(tài)信號的分析研究具有重要意義。由于瞬態(tài)信號具有隨機(jī)性、時(shí)間短、不易捕捉的特點(diǎn)，怎樣將瞬態(tài)信號記錄下來并重新構(gòu)建還原實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就成為研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，去偽存真，找到有價(jià)值的故障特征信息，才能實(shí)現(xiàn)對大型機(jī)組瞬時(shí)振幅波動(dòng)的故障判斷，從而消除故障隱患，減少不必要的停機(jī)損失，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

Collection and Analysis of Transient Fault Signals in Oxygen Compressor

LIU Guang-yong
(Turpan-Hami Oilfield Company Technology Monitoring Center,Shanshan 838202,China)

The analysis and research of transient signals has important values for diagnosing equipment faults.How to record the transient signals and reconstruct real-time data will be the key point of research because of the features of random,short time and difficult to capture of transient signals.Aiming at the fault case of transient fluctuation occurred in the operating of oxygen compressor, this paper specified the method of collecting,treating and analyzing transient signals,accurately determined the reason of transient fluctuation,which has eliminated the hidden faults and ensured the safe and reliable operation of equipment.

Qxygen compressor;fault diagnosis;signal analysis

TH45

B

1006-2971（2015）03-0048-03

劉光勇，男，機(jī)械工程師，從事設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究。E-mail：liuguangyong@petrochina.com.cn

2014-11-23