張殿樹（上海塞維斯玻璃有限公司，上海201419）

0 引言

所在公司化工項(xiàng)目空氣壓縮機(jī)組于2006 年開車投用，是我國當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)制造的最大成套工業(yè)壓縮機(jī)組之一，也是該項(xiàng)目的核心裝置，主要為CTA氧化反應(yīng)提供空氣來源。同時(shí)還為整個(gè)項(xiàng)目所有儀表氣動(dòng)閥門提供氣源，它的穩(wěn)定運(yùn)行是全裝置長周期運(yùn)行的前提?？諌簷C(jī)組是一種多級(jí)離心式壓縮機(jī)，主要有定子（機(jī)殼、隔板、密封、平衡盤密封、軸端密封）、轉(zhuǎn)子（軸、葉輪、隔套、平衡盤、軸套、半聯(lián)軸器等）及支撐軸承、推力軸承等組成。壓縮機(jī)組由空氣壓縮機(jī)和增壓機(jī)組成，通過汽輪機(jī)拖動(dòng)。汽輪機(jī)為雙出軸，一端直接帶動(dòng)空壓機(jī)，另一端通過增速箱增速后拖動(dòng)增壓機(jī)?？諌簷C(jī)分低壓缸、中壓缸，機(jī)殼為水平剖分式結(jié)構(gòu)，增壓機(jī)機(jī)殼為垂直剖分結(jié)構(gòu)。

1 機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)

1.1 機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)配置

為保證對(duì)機(jī)組的可靠檢測與控制，通過技改對(duì)3500 卡件配置進(jìn)行優(yōu)化改造。經(jīng)過對(duì)機(jī)組出現(xiàn)卡件故障和回路故障的概率進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，增加1 塊16 點(diǎn)繼電器輸出模塊，與原繼電器輸出模塊互為冗余；機(jī)組聯(lián)鎖設(shè)計(jì)為同部位振動(dòng)、位移監(jiān)測值二選二高高跳車，參與跳車的兩個(gè)振動(dòng)或位移測點(diǎn)通道分配在同一卡件，故對(duì)原設(shè)計(jì)同部位振動(dòng)、位移監(jiān)測量共用同一卡件現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，通過分配不同卡件通道，做到單點(diǎn)或單卡故障，只報(bào)警而不跳車。

另外，原設(shè)計(jì)探頭檢測信號(hào)通過中間端子排硬線直接引入本特利卡件,在生產(chǎn)運(yùn)行過程中曾多次出現(xiàn)卡件損壞的現(xiàn)象。經(jīng)過對(duì)系統(tǒng)故障診斷軟件信息的收集整理，和本單位相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員分析研討后制定了K空壓機(jī)控制系統(tǒng)升級(jí)改造方案。在機(jī)組振動(dòng)、位移監(jiān)測回路中間加入隔離柵，同時(shí)對(duì)安全柵供電進(jìn)行優(yōu)化，將安全柵供電回路改為5 個(gè)安全柵一組、首尾相連，實(shí)現(xiàn)分段、多回路供電，對(duì)儀表測量連鎖信號(hào)的安全柵分開供電，分擔(dān)電源故障的風(fēng)險(xiǎn)。本文不再對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)改造進(jìn)行深入探討，通過一系列的深層次的改造，提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

1.2 機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)可靠性改造

為保證對(duì)機(jī)組的可靠檢測與控制，通過技改對(duì)3500卡件配置進(jìn)行優(yōu)化改造。經(jīng)過對(duì)機(jī)組出現(xiàn)卡件故障和回路故障的概率進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估后，增加1 塊16 點(diǎn)繼電器輸出模塊，與原繼電器輸出模塊互為冗余；機(jī)組聯(lián)鎖設(shè)計(jì)為同部位振動(dòng)、位移監(jiān)測值二選二高高跳車，參與跳車的兩個(gè)振動(dòng)或位移測點(diǎn)通道分配在同一卡件，故對(duì)原設(shè)計(jì)同部位振動(dòng)、位移監(jiān)測量共用同一卡件現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整，通過分配不同卡件通道，做到單點(diǎn)或單卡故障，只報(bào)警而不跳車。

2 機(jī)組故障診斷頻譜分析技術(shù)

2.1 機(jī)組故障診斷技術(shù)理論基礎(chǔ)

汽輪機(jī)機(jī)組的傳動(dòng)部件特別是高速軸軸系在高速運(yùn)行時(shí)，機(jī)組存在異常振動(dòng)和噪聲，這些異常參數(shù)信息，可以通過幅域分析、時(shí)域分析和頻域分析等信號(hào)處理技術(shù)，提取壓縮機(jī)的故障特征信息，進(jìn)而了解故障狀態(tài)的振動(dòng)機(jī)理，從而進(jìn)一步全面準(zhǔn)確判斷出壓縮機(jī)的故障原因[1]。

汽輪機(jī)振動(dòng)的絕大部分信號(hào)是由多種激勵(lì)信號(hào)合成的復(fù)雜信號(hào)，利用傅里葉（Fourier）變換將時(shí)域信號(hào)x(t)變換成頻域信號(hào)X(f)。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的振動(dòng)、位移參數(shù)，即時(shí)域信號(hào)，先經(jīng)數(shù)據(jù)采集成非連續(xù)的離散序列點(diǎn)x(n),在時(shí)窗范圍內(nèi)N點(diǎn)的離散傅里葉變換[2]。

現(xiàn)在機(jī)組監(jiān)控診斷頻譜分析儀都是在離散傅里葉變換DFT的基礎(chǔ)上，采用快速傅里葉變換FFT技術(shù)，將復(fù)合的時(shí)域信號(hào)分離出各頻率分量的幅值及相位信息。每一個(gè)諧波分量又含有幅值和相位特征量，均表征機(jī)組的各種運(yùn)行狀態(tài)及故障特征，易于診斷機(jī)組故障。軸心軌跡表征軸心上的點(diǎn)相對(duì)于軸承座旋轉(zhuǎn)中心渦動(dòng)的動(dòng)作軌跡，它直觀地反映了轉(zhuǎn)子的實(shí)際振動(dòng)情況[3]。

2.2 汽輪機(jī)組運(yùn)行不良狀態(tài)及故障診斷分析

2016 年6 月開始，汽輪機(jī)變速箱側(cè)振值出現(xiàn)多次波動(dòng)，工藝操作人員發(fā)現(xiàn)振值上升后通過提高潤滑油油溫和適當(dāng)降低汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)速的操作，機(jī)組振值回落到了正常值。汽輪機(jī)兩個(gè)互相這種垂直的測振點(diǎn)最大波動(dòng)量達(dá)96μm 左右，逼近聯(lián)鎖跳車值。利用VMS-04B 振動(dòng)監(jiān)測分析與平衡系統(tǒng)，連接Bently 3500系統(tǒng)采集壓縮機(jī)相關(guān)軸系監(jiān)控測量數(shù)據(jù)，對(duì)振動(dòng)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過時(shí)域、頻譜及軸心軌跡等處理手段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)主要集中在汽輪機(jī)兩側(cè)軸，故以汽輪機(jī)變速箱側(cè)發(fā)生異常的振動(dòng)，汽輪機(jī)的空壓機(jī)側(cè)振動(dòng)異常的點(diǎn)為切入點(diǎn)通過不同狀態(tài)的頻譜、軸心軌跡分析如下：

汽輪機(jī)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況時(shí)的轉(zhuǎn)速約為4340r/min=72.3Hz，即汽輪機(jī)基頻f=72.3Hz。齒輪箱高速軸正常工況的轉(zhuǎn)速約為10320r/min=172Hz，即齒輪箱高速軸基頻為172Hz。這些與汽輪機(jī)齒輪箱側(cè)振動(dòng)異常點(diǎn)正常工況頻譜圖中的低速軸基頻f（72.5Hz）、2f（145Hz），高速軸基頻172.5Hz吻合。

汽輪機(jī)正常工況下在1倍頻（72.3Hz）處有較高振幅，在2倍頻和3倍頻處只有較低振幅。由于汽輪機(jī)與變速箱連接，結(jié)合圖2 出現(xiàn)豐富的17.5Hz、36.25Hz 等次諧波分量，說明變速箱高速軸存在稍微不平衡的情況[4]。

正常工況下，汽機(jī)的振值維持在可以接受的20～30um間，轉(zhuǎn)子不平衡的情況在正常允許范圍內(nèi)。但是從汽輪機(jī)正常工況時(shí)軸心軌跡出現(xiàn)鋸齒尖角現(xiàn)象，時(shí)域信號(hào)周期重復(fù)性差，并出現(xiàn)消波現(xiàn)象，這也印證了正常工況下汽機(jī)存在轉(zhuǎn)子摩擦導(dǎo)致的不平衡的情況。

汽輪機(jī)在異常工況時(shí)，異常測振點(diǎn)振值波動(dòng)幅度高達(dá)80um以上，并且頻譜圖上存在低頻次諧波6.25Hz、25Hz 和72.5Hz、173.75Hz分量。存在的低頻次諧波與正常工況時(shí)基本吻合，振幅無明顯增加。振幅大幅增加主要集中在72.5Hz處（即汽輪機(jī)基頻）和173.75Hz 處（即變速箱高速軸基頻），說明在異常工況下不平衡現(xiàn)象占主導(dǎo)作用。

異常工況下的汽機(jī)軸心軌跡橢圓增大且重復(fù)性好，說明汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)大，機(jī)組運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，無其他主導(dǎo)故障。

通過頻譜和工藝運(yùn)行綜合分析，判斷汽輪機(jī)可能出現(xiàn)汽封漏，導(dǎo)致潤滑油碳化形成積碳，造成動(dòng)靜部件發(fā)生碰磨。振值大幅波動(dòng)可能原因?yàn)闈櫥吞蓟硳斓睫D(zhuǎn)子上導(dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡力導(dǎo)致，待碳化物脫落后，平衡狀態(tài)得到改善，機(jī)組恢復(fù)正常。

3 機(jī)組拆解驗(yàn)證與處理方案

2016 年10 月裝置停車，空壓機(jī)組整體大修。對(duì)汽輪機(jī)拆開檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣側(cè)汽封積碳嚴(yán)重，且汽封磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致汽封失效，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子并無明顯結(jié)垢或磨損現(xiàn)象。

汽輪機(jī)更換汽封組件，并對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行清理。在開車過程和正常生產(chǎn)中，汽輪機(jī)組振值正常穩(wěn)定，運(yùn)行至今未再次出現(xiàn)類似振動(dòng)異常波動(dòng)現(xiàn)象。

4 結(jié)語

在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)作為機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)的必要組成部分，是了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部運(yùn)行狀況，并對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行預(yù)判并幫助分析其故障機(jī)理。在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用中，頻譜分析診斷技術(shù)存在較大復(fù)雜性。特別是大型機(jī)組，既要結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行工況，又要對(duì)頻譜分析的特征譜進(jìn)行分析，同時(shí)存在設(shè)備相互關(guān)聯(lián)的情況。