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        遠程診斷油膜振蕩造成的汽輪機軸瓦摩碰故障

        2019-01-15 00:54:36孫業(yè)軍興成宏
        設(shè)備管理與維修 2018年9期
        關(guān)鍵詞:渦動軸心軸瓦

        李 犇,孫業(yè)軍,興成宏

        (中國石油遼陽石化分公司生產(chǎn)監(jiān)測部,遼寧遼陽 111003)

        0 引言

        滑動軸承具有良好的抗振性能和較長的工作壽命,因此在大型旋轉(zhuǎn)機械中獲得廣泛應(yīng)用?;瑒虞S承工作性能的好壞直接影響到機組轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性,進而影響到整個生產(chǎn)裝置的安全、平穩(wěn)、長周期運行。目前,國內(nèi)石油煉化企業(yè)中大型旋轉(zhuǎn)機械的摩碰故障發(fā)生率僅次于不平衡,為關(guān)鍵機組的第二類振動故障,而引起軸瓦摩碰故障的一個原因就是油膜渦動或者油膜振蕩,油膜振蕩的早期準確診斷能有效提高機組運行的安全性,杜絕安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。

        1 油膜振蕩的故障機理及故障征兆

        1.1 油膜振蕩的故障機理

        油膜的楔形按油的平均流速繞軸瓦中心運動的現(xiàn)象稱作油膜渦動,而油膜渦動是油膜振蕩的初級階段。油膜渦動和油膜振蕩是滑動軸承的一種特有故障,機組在發(fā)生油膜渦動后渦動頻率就不再消失,并且隨著機組轉(zhuǎn)速的不斷升高,其渦動頻率也不斷增大,振幅也不斷增大,如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達到轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時,其渦動頻率與轉(zhuǎn)子的一階臨界頻率相同,至此轉(zhuǎn)子自振頻率和軸頸渦動運動發(fā)生大幅度共振現(xiàn)象,油膜很快發(fā)生局部油膜破裂,軸瓦和軸頸之間發(fā)生摩擦,發(fā)出吼叫聲。油膜振蕩時從監(jiān)測的圖譜上可以明顯看到1/2倍頻的幅值接近或超過1倍頻振幅,軸心軌跡紊亂、發(fā)散,變成擴散的不規(guī)則圖形,進動方向為正進動。

        軸承產(chǎn)生油膜渦動和油膜振蕩的原因:①滑動軸承設(shè)計、制造不符合技術(shù)標準;②軸瓦間隙不良;③軸承磨損、腐蝕;④軸瓦工藝參數(shù)不當(dāng),如潤滑油油壓、油溫等。

        1.2 油膜振蕩的故障特征

        (1)機組振動頻率為一階自振頻率。

        (2)在低轉(zhuǎn)速時,頻譜圖上已出現(xiàn)半速渦動頻率成分,渦流頻率與轉(zhuǎn)速頻率之比在0.35~0.48,當(dāng)機組轉(zhuǎn)速達到2倍一階臨界轉(zhuǎn)速時,產(chǎn)生大幅度振動。

        (3)機組發(fā)生油膜振蕩后,轉(zhuǎn)速逐步升高,振幅并不下降,機組的振動頻率仍然維持在轉(zhuǎn)子一階自振頻率上。

        (4)軸心軌跡形狀紊亂、發(fā)散。

        (5)頻譜圖上有時出現(xiàn)工頻與振蕩頻率的和差頻率成分。

        2 油膜振蕩故障診斷實例

        某廠化肥裝置合成氣壓縮機組蒸汽透平是1965年AEGKANIS公司制造,推力軸承為米切爾式,徑向瓦軸承為橢圓剖分式。壓縮機共分為高低壓兩缸,機組結(jié)構(gòu)概貌圖如圖1所示。該機組經(jīng)過窗口檢修后開機試運行,機組開車后運行平穩(wěn),機組各測點振值無異常波動,2017年8月27日8∶30開始,103-J高壓透平XI-34測點處測得的振動值逐漸升高,由52.4μm升高到150.2 μm,其間機組各測點的振動趨勢如圖2所示,運用監(jiān)測系統(tǒng)從頻譜圖中可以看出,引起振動升高的主要成分是0.35~0.48倍成分,軸心軌跡雜亂無章(圖3)。

        圖1 汽輪機壓縮機組結(jié)構(gòu)

        圖2 汽輪機壓縮機振動趨勢

        圖3 XI-34測點波形頻譜及軸心軌跡

        通過現(xiàn)場了解得知蒸汽質(zhì)量良好,潤滑油回油溫度和軸瓦溫度有逐漸升高現(xiàn)象,潤滑油分析后發(fā)現(xiàn)油中含有巴士和金成分。通過監(jiān)測進一步分析,機組振動大時,軸心軌跡明顯表現(xiàn)出發(fā)散,判斷此時軸承發(fā)生了油膜振蕩,并通過油質(zhì)分析,判斷此時軸承已損壞。徹底消除油膜渦動和油膜振蕩故障,必須立即更換軸瓦。建議檢修更換新橢圓瓦時嚴禁車削瓦口,并將軸瓦間隙控制在允許下限0.28 μm。隨后機組9月2日停機解體檢修,確認軸承巴氏合金層嚴重剝落(圖4),避免了一起轉(zhuǎn)子燒損的嚴重設(shè)備事故。

        圖4 軸瓦磨損嚴重

        3 結(jié)語

        隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,高性能、特殊性能軸瓦的出現(xiàn)讓旋轉(zhuǎn)機械的運行更加安全平穩(wěn),但油膜渦動甚至油膜振蕩故障也時有發(fā)生,其故障診斷的難點是如何準確推斷故障點和故障產(chǎn)生的原因。以某石化的汽輪壓縮機組發(fā)生油膜振蕩故障的現(xiàn)場診斷實例為基礎(chǔ),通過油膜振蕩的典型故障征兆對機組進行診斷,明確該類故障的特征,并找到該類故障的主要原因,通過計劃檢維修,避免了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。通過機組的檢維修,確認機組軸瓦磨損嚴重,印證了故障診斷的準確性,通過實例分析說明,這種診斷方法能夠指導(dǎo)現(xiàn)場人員及時找到故障原因,進而保證裝置的安全、平穩(wěn)、長周期運行。

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