旋转设备状态监测与故障诊断案例

李鑫 焦金峰

（新疆新业能源化工有限责任公司 昌吉 831100）

设备运转是否平稳直接影响装置安全稳定运行和企业经济效益。随着科学技术水平的进步，越来越多企业采用状态监测与故障诊断软件对设备进行监控维护。利用现代检测与分析仪器，监测读取设备状态信号，并对所测信号进行计算，提取能够反映设备状态的特征信息，识别设备当前是处于正常状态还是处于故障状态。

本文通过系统地介绍旋转设备状态监测与故障诊断在某厂合成气汽轮机组设备发生故障后应用分析。

1 机组异常描述

某厂合成气压缩机由汽轮机拖动压缩机，汽轮机功率14369KW，第一阶临界转速3800rpm，运行转速6807-10201rpm。机组于2017 年7 月1 日晚由于汽轮机非联端振动联锁（报警值63.5μm、联锁值88.9μm）跳车；机组跳车后1h进行了一次热态启机，机组冲第一临界振动高手动拍停；于2017年7月2日10:50，机组第二次启动后，最低运行转速振动高达80μm，振动趋势随转速变化波动明显；压缩机运转正常。

2 机组异常分析

综合振动图谱，分析合成气压缩机组·汽轮机的振动特性如下。

（1）见图1，机组联锁跳车时振动特征频率以1倍频为主，汽轮机前后轴承四个通道振动幅值同时瞬时突变上涨，非联端（高压侧）由22μm瞬时突变上升至96μm，联端（低压侧）由10μm 上升至55μm；汽轮机振动突变增长后，振动幅值未回落；说明汽轮机在运行过程中出现不良恶化。

图1 1倍频趋势图

（2）分析汽轮机振动异常的特征频率，见图1-图2所示，引起汽轮机振动联锁跳车的异常特征频率成分为工频，工频相位同步波动变化，轴位移有同步波动；说明转子的质量分布发生了突发性改变。

图2 1倍频相位趋势图

（3）细化分析汽轮机振动联锁时的波形形态与轴心轨迹形态，见图3。汽轮机振动异常发生后，时域波形呈正弦波形态，波形的重复性与对称性良好；汽轮机前后轴承处的轴心轨迹呈椭圆状，涡动形式为正进动，涡动范围较大；说明转子上存在较大的不平衡量。

（4）分析汽轮机联锁停车1h后的启机事件，汽轮机冲临界振动幅值较高，机组拍停，特征频率仍为工频。

（5）机组于7.2 上午启机运行至现在，汽轮机非联端振值较高（80μm），振动能量主要为工频，且振动趋势随转速波动明显。

图3 轴心轨迹图

3 诊断结论及建议

3.1 诊断结论

综合以上分析，对合成气压缩机组汽轮机的异常振动的诊断分析汽轮机于2017.7.1 晚发生了突发性动不平衡故障，汽轮机转子发生机械损伤，转子上有部件脱落可能性非常大；并在后续的两次启机运行中，汽轮机转子存在一定程度的摩擦。

3.2 诊断建议

对合成气压缩机组·汽轮机的异常振动的诊断建议如下。

（1）尽快安排时间停车，对汽轮机进行解体检修。

（2）如现场不具备停车条件，必须进行监护运行，同时做好工艺方面严格工艺操作，尽量避免负荷剧烈变动；一旦振动再次发生突变，应立刻停车进行检修；检修方面做好抢修的准备，包括备品、备件的准备，检修队伍的协调。

4 诊断验证

机组停机后组织专业人员进行汽轮机拆卸检查，如图4 所示，经检查发现汽轮机转子与隔板静叶栅存在明显的摩擦痕迹且叶片中部发生断裂。断裂后的叶片在高转速离心力作用下又撞击第二级叶片，致使第二级叶片与隔板静叶栅均产生了不同程度的撞击损伤。

图4

5 结论

本文通过系统地介绍旋转设备状态监测与故障诊断在某厂合成气汽轮机组设备发生故障后应用分析，得到以下结论：

（1）根据频谱图等有关图谱，查找异常变化的频率，再联系故障特征频率分析构成振动激振力的来源，是判断故障类型及分析故障原因所采用的基本方法。

（2）转子部件脱落是旋转设备比较严重的一类故障。轻则会使转子振幅产生突然变化，影响机组正常运行；重则可能会触发联锁停车甚至引发重大安全事故。部件脱落可能会在惯性的作用下飞出，发生二次事故。

（3）转子部件脱落故障的机理与动平衡故障是相同的。并具备振动的通频值在瞬间突然变化、振动的特征频率以工频为主、工频振动的相位可能发生变化、突变后振值多趋于稳定。