韓斌(遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司,遼寧 阜新 123000)

作為空分裝置中的重要設(shè)備，離心壓縮機(jī)是一種高轉(zhuǎn)速、高功率，而且是制造精度非常高的轉(zhuǎn)動機(jī)械。運(yùn)行中常出現(xiàn)各種故障，而振動是壓縮機(jī)常見的故障，其監(jiān)測的振動信號能及時的反應(yīng)出機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信息。造成新機(jī)組運(yùn)行中振動增大的因素有：轉(zhuǎn)子不平衡，軸系不對中，基礎(chǔ)松動，轉(zhuǎn)子磨損，機(jī)組裝配間隙小，葉片脫落，機(jī)內(nèi)有雜物，機(jī)組配管存在外應(yīng)力等，既影響壓縮機(jī)的壽命又影響生產(chǎn)效率，這里就某化工廠空分裝置I系列壓縮機(jī)組試車期間出現(xiàn)的振動高，流量低故障進(jìn)行分析診斷，對處理過程進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流。

1 設(shè)備簡介

本離心壓縮機(jī)組主要由DMCL1204+2MCL1203+3BCL527離心壓縮機(jī)、汽輪機(jī)及增速器組成，各部機(jī)之間由kopflew公司設(shè)計(jì)制造的膜盤聯(lián)軸器相連接。壓縮機(jī)共分為三缸、六段、十四級，經(jīng)四次中間冷卻和兩次水汽分離。由圖1可知，本機(jī)組由汽輪機(jī)拖動，采用一拖三形式，汽輪機(jī)為雙出軸，一端直接帶動空壓機(jī)，另一端通過增速器增速后拖動增壓機(jī)。

圖1 壓縮機(jī)組布置圖

2 設(shè)備故障特征

空分裝置I系列壓縮機(jī)組于2013年9月25日開始三機(jī)聯(lián)動試車，機(jī)組開車前，增壓機(jī)入口閥門全關(guān)，開車氣源來自增壓機(jī)進(jìn)口儀表氣管路。17:16冷態(tài)啟動空氣壓縮機(jī)組，17:20機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到800rpm，暖機(jī)約30分鐘，在暖機(jī)期間，操作人員發(fā)現(xiàn)增壓機(jī)三段進(jìn)口流量偏低，現(xiàn)場開打增壓機(jī)入口補(bǔ)氣閥。

17:49開始升速，控制程序按照一定速率爬坡，同時逐漸增大空壓機(jī)、增壓機(jī)入口導(dǎo)葉的開度。操作人員發(fā)現(xiàn)增壓機(jī)三段進(jìn)口流量持續(xù)偏低，流量并未隨增壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉開大而升高。同時增壓機(jī)振動測點(diǎn)VIA142、VIA143隨轉(zhuǎn)速升高而逐漸增大，17:50轉(zhuǎn)速升至1320rpm時，由于震動測點(diǎn)VIA143達(dá)到93um，超過聯(lián)鎖值，機(jī)組跳車；17:56啟動頂軸油泵及盤車電機(jī)。

20:00再次啟動壓縮機(jī)組，增壓機(jī)振動測點(diǎn)VIA143均達(dá)到聯(lián)鎖值，振動測點(diǎn)VIA142接近聯(lián)鎖值。同時增壓機(jī)三段進(jìn)口流量持續(xù)偏低。

3 數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測

根據(jù)離心壓縮機(jī)組升速期間，VIA143振動值逐漸增大，增壓機(jī)三段進(jìn)口流量偏低，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集頻譜分析。

圖2 增壓機(jī)波形頻譜圖

圖2波形頻譜圖中，通頻波形為純正弦波，自振動趨勢增大開始，對應(yīng)的各轉(zhuǎn)速下，諧波能力主要集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率（1X）上，其占主導(dǎo)地位，低頻及高頻成分不明顯。通常情況下，高振動幾乎只限于一個轉(zhuǎn)子，這與不平衡或不對中不同，因?yàn)椴黄胶夂筒粚χ幸鸬母哒駝硬恢幌抻谝粋€轉(zhuǎn)子[1]。當(dāng)轉(zhuǎn)子出現(xiàn)平行不對中時，其2倍轉(zhuǎn)頻突出，而角度不對中時則出現(xiàn)同頻振動，即多倍頻振動。圖2中并沒有出現(xiàn)多倍頻諧波，表明振動不是不對中引起。初步分析振動增大的主要原因是：轉(zhuǎn)子不平衡，可能是轉(zhuǎn)子上的垢層脫落、或他物體脫落等造成此類振動。增壓機(jī)三段進(jìn)口氣體流量偏低可能是設(shè)備或管線法蘭連接處存在盲板或盲墊，或級間管線存在雜質(zhì)阻塞空氣進(jìn)口。

圖3 增壓機(jī)軸心軌跡圖

圖3所示自振動趨勢增大開始,各轉(zhuǎn)速下,軸心軌跡近似橢圓。說明這時基頻為主要振動成分，如果振幅值不高，說明機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，如果振幅值比較高，則重點(diǎn)懷疑不平衡故障。

不同的軸心軌跡反映著轉(zhuǎn)子運(yùn)動狀態(tài)或故障的基本信息，比如不平衡故障使軸心軌跡呈橢圓形，不對中故障使軸心軌跡呈外8字形，油膜渦動故障使軸心軌跡呈內(nèi)8字形[2]。如果軸心軌跡的形狀及大小的重復(fù)性好，則表明轉(zhuǎn)子的渦動是穩(wěn)定的；否則，就是不穩(wěn)定的。轉(zhuǎn)子發(fā)生亞異步自激振動時，其軸心軌跡往往很不穩(wěn)定，不僅形狀及大小時刻在發(fā)生較大的變化，而且還會出現(xiàn)大圈套小圈的情況。因此判斷不平衡非轉(zhuǎn)子本身制造誤差或材質(zhì)不均勻造成，而此機(jī)組為初次試車，若出廠時動平衡沒有達(dá)到平衡精度要求，在投用之初，便會產(chǎn)生較大的振動。所以排除原始不平衡。若是增壓機(jī)級間管線存在盲板或盲墊，進(jìn)氣量將為零，隨著轉(zhuǎn)速的升高，將會造成級間管線發(fā)生喘振，軸心軌跡將會紊亂。

圖4 增壓機(jī)波德圖

圖4波德圖中,監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示相位隨工作轉(zhuǎn)速漸變,振幅逐漸增大,重復(fù)性較好。機(jī)組經(jīng)過多次啟動，發(fā)現(xiàn)振值隨轉(zhuǎn)速升高而逐漸升高，并未隨運(yùn)行時間的延長而逐漸增大，因設(shè)備為初次試車，并不存在轉(zhuǎn)子上結(jié)垢，介質(zhì)中為潔凈的空氣，不會出現(xiàn)粉塵等的不均勻沉積物或顆粒對葉片及葉輪產(chǎn)生不均勻磨損及對轉(zhuǎn)子磨蝕等因素，初步排除因漸發(fā)性不平衡。而振值并未出現(xiàn)突然顯著增大現(xiàn)象，振動的通頻振幅并未出現(xiàn)瞬間升高，排除由于轉(zhuǎn)子上零部件脫落或葉輪斷裂造成機(jī)組振值突然顯著增大。

4 故障分析診斷

該離心壓縮機(jī)組自安裝后，分別經(jīng)過汽輪機(jī)單體試車，汽輪機(jī)—空壓機(jī)聯(lián)動試車，運(yùn)行一直平穩(wěn)，此次進(jìn)行三機(jī)聯(lián)動試車，增壓機(jī)初期振動測點(diǎn)值偏高，三段進(jìn)口管線流量偏低，操作人員打開增壓機(jī)補(bǔ)氣閥后，機(jī)組開始升速，三段進(jìn)口流量并未隨增壓機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉開度增大而增大。

根據(jù)初期狀態(tài)分析，若是設(shè)備或管線法蘭連接處存在盲板或盲墊，進(jìn)氣量幾乎為零，隨著轉(zhuǎn)速的升高，將會造成級間管線發(fā)生喘振，機(jī)組和管道將會劇烈震蕩，根據(jù)監(jiān)控顯示，進(jìn)口流量并不為零，有一定的低流量，現(xiàn)場機(jī)組和管線并未產(chǎn)生劇烈震蕩。增壓機(jī)三段進(jìn)口設(shè)有止逆閥，初步分析止逆閥銹蝕卡澀或增壓機(jī)流道阻塞，造成進(jìn)口流量偏低，引起機(jī)組振動。

后期壓縮機(jī)組升速后，振動測點(diǎn)達(dá)到聯(lián)鎖值，根據(jù)上述頻譜圖分析診斷，判斷此次振動為典型的不平衡現(xiàn)象，可能由于設(shè)備或管道內(nèi)存在雜質(zhì)，造成轉(zhuǎn)子不平衡引起振動，需要拆缸檢查。

5 機(jī)組檢修

現(xiàn)場組織人員對設(shè)備及管線法蘭連接處檢查，未發(fā)現(xiàn)有盲板、盲墊存在?，F(xiàn)場將增壓機(jī)三段進(jìn)口管線止逆閥拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)閥門嚴(yán)重銹蝕，閥瓣不啟動，阻塞流道，造成三段進(jìn)口流量偏低，經(jīng)清洗打磨處理后回裝。

對增壓機(jī)進(jìn)行拆缸檢查發(fā)現(xiàn)二段吸入口管道存有施工人員使用過的手套，由于手套在機(jī)組運(yùn)行階段被卷入增壓機(jī)二段入口葉輪，使葉輪產(chǎn)生了附加的離心力，進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子不平衡而引起振動。后將級間管道徹底清理并回裝后，再次啟動壓縮機(jī)組軸振動達(dá)到正常值范圍，增壓機(jī)三段進(jìn)氣恢復(fù)正常值。

6 結(jié)語

本文在分析大型透平離心壓縮機(jī)試車期間出現(xiàn)的振動高，空氣流量低等問題上，進(jìn)行在線監(jiān)測，結(jié)合頻譜分析，能夠較準(zhǔn)確地掌握機(jī)組運(yùn)行狀況，進(jìn)行生產(chǎn)中的事故診斷，得出解決措施。同時建議加大機(jī)組安裝、拆檢跟蹤檢查力度，尤其類似級間管道這種隱蔽工程，在此類管道與設(shè)備對口時需嚴(yán)格進(jìn)行檢查確認(rèn)，以確保機(jī)組級間管道內(nèi)的清潔度符合工藝要求。

[1]申甲斌.常見三種機(jī)械松動的振動頻譜分析[J].中國設(shè)備工程，2008,52-55.

[2]萬書亭.李和明.汽輪發(fā)電機(jī)組軸心軌跡進(jìn)動方向自動識別新方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報.2003,3(23)：146-149.