李俊杰 李鑫

（新疆新業(yè)能源化工有限責任公司 昌吉 831100）

旋轉機械設備中，旋轉體質量沿旋轉中心線的不均勻分布叫做不平衡。轉子不平衡是各類旋轉機械中普遍存在的故障，由此引起的機器振動或運行時產(chǎn)生的其他問題稱為不平衡故障。不平衡產(chǎn)生的原因有轉子結構設計不合理、機械加工質量偏差、裝配誤差、材質不均勻、動平衡精度差等。在生產(chǎn)運行中能否精準判斷設備故障發(fā)生的主要原因，制定對應措施加以處置、預防對企業(yè)的發(fā)展非常重要。本文通過系統(tǒng)地介紹旋轉機械設備中利用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)對某公司一例轉子不平衡故障利用趨勢圖譜分析，并結合不平衡特征給出結論。

1 事件描述

空分裝置“KDON-28000/34000 型空氣分離設備”兩套，機組為汽輪機帶動增壓機、空壓機運行。該裝置B 套壓縮機于2020年2月至2020年4月壓縮機4 個通道有緩慢爬升趨勢，趨勢為1 倍頻，且壓縮機非聯(lián)端1 倍頻相位也存在緩慢變化趨勢，振值由17μm緩慢上漲至27μm。

2 機組異常分析

分析增壓機4個通道振動緩慢上漲的特性如下。

圖1 1倍頻趨勢圖

（1）見圖1，壓縮機四通道振值緩慢持續(xù)上漲，壓縮機非聯(lián)端X、Y 軸上漲最為明顯。趨勢為1 倍頻。運行狀態(tài)下測量壓縮機各接觸面間隙，結合各工藝參數(shù)變化趨勢及汽輪機聯(lián)端軸心位置與壓縮機聯(lián)端軸心位置做對比，排除壓縮機工藝參數(shù)及接觸面間隙的變化對振動的影響。說明壓縮機在運行過程中機體內部出現(xiàn)不良惡化。

（2）分析壓縮機振動異常的特征頻率，見圖1、圖2所示。調取壓縮機非聯(lián)端1倍頻趨勢與1倍頻相位做對比，可看出在轉速變化的情況下1倍頻幅值與1倍頻相位同步發(fā)生變化，同時壓縮機在固定轉速下軸位移由0.10 微米緩慢變化為0.06μm，當穩(wěn)定在一定轉速下后相位變化的趨勢很小。說明壓縮機轉子的質量分布在較長一段時間內發(fā)生了緩慢性改變。

圖2 1倍頻與相位對比趨勢圖

（3）進一步調取壓縮機在振動上漲后的波形頻譜圖，從時域圖可看出壓縮機4個通道正峰值與負峰值存在相對關系。從頻域圖中可看出，基頻振動成分占比很大，而其它倍頻成分所占比例很小，引起壓縮機振動的諧波能量主要是集中在轉子的工作頻率上，為1 倍頻。在較小頻率中多以0.38 倍頻、0.41 倍頻為主。說明轉子存在輕微的摩擦。但存在較多的低頻分量細化分析汽輪機振動聯(lián)鎖時的波形形態(tài)與軸心軌跡形態(tài)，見圖3。汽輪機振動異常發(fā)生后，時域波形呈正弦波形態(tài)，波形的重復性與對稱性良好；汽輪機前后軸承處的軸心軌跡呈橢圓狀，渦動形式為正進動，渦動范圍較大；說明轉子上存在較大的不平衡量。

（4）見圖3。壓縮機振動緩慢上漲后，壓縮機非聯(lián)端軸心軌跡呈現(xiàn)外8字形，壓縮機聯(lián)端軸心軌跡呈現(xiàn)橢圓形，并伴有正反進動交替現(xiàn)象。說明轉子存在不平衡且壓縮機非聯(lián)端伴有局部摩擦。

圖3 軸心軌跡圖

3 診斷結論及建議

3.1 診斷結論

綜合以上分析，空分裝置“KDON-28000/34000型B 套壓縮機在自2 月份開始發(fā)生了轉子不平衡故障。結合振動趨勢緩慢上漲的特性，分析認為該機組非聯(lián)端壓縮機進氣側發(fā)生結垢現(xiàn)象，因轉子與定子結構，導致密封間隙、汽流間隙減小，致使壓縮機轉子非聯(lián)端子存在一定程度的摩擦。

3.2 診斷建議

對空分裝置“KDON-28000/34000 型B套壓縮機異常振動的診斷建議如下。

（1）擇機安排時間停車，對壓縮機非聯(lián)端軸承箱密封梳齒檢查，排除因密封梳齒引起的振動故障。

（2）對壓縮機入口氣源品質進行化驗，如有必要對壓縮機入口空氣過濾器進行更換。

（3）如現(xiàn)場不具備停車條件，必須進行監(jiān)護運行，同時做好工藝方面嚴格操作，盡量避免負荷劇烈變動；一旦振動再次發(fā)生突變，應立刻停車進行檢修；檢修方面做好搶修的準備，包括備品、備件的準備，檢修隊伍的協(xié)調。

4 診斷驗證

機組停機后組織專業(yè)人員對壓縮機非聯(lián)端軸承箱密封梳齒檢查，排除了此因素。壓縮機解體后發(fā)現(xiàn)非聯(lián)端葉片及腔體流道、壓縮機入口管道均存在一定程度的結垢現(xiàn)象，通過高壓清洗去除垢狀物后啟機運行狀態(tài)良好，最高振值穩(wěn)定在20μm以下。

5 結論

通過頻譜趨勢分析及診斷驗證，得到以下結論：

（1）轉子不平衡是旋轉設備比較嚴重的一類故障。輕則會使轉子振幅產(chǎn)生突然變化，影響機組正常運行；重則可能會觸發(fā)聯(lián)鎖停車甚至引發(fā)重大安全事故。

（2）轉子不平衡引起的原因有很多，且不平衡狀態(tài)的轉子在持續(xù)運行時極易引起局部摩擦類故障，放任不管的話易發(fā)生嚴重的全周摩擦。

（3）轉子不平衡振動的特征頻率以工頻為主、隨著轉速的變化振動幅值會同步變化。