压缩机、汽轮机机械运转试验故障诊断及分析

2021-03-16刘加佳范广森

中国应急管理科学 2021年9期

关键词：汽轮机诊断分析

刘加佳范广森

摘要：对于机组机械运转试验中出现的故障问题，通过合理的分析方法，对设备故障的性质、原因、部位、程度等进行识别诊断，并进行修理维护。

关键词：透平式压缩机;汽轮机;机械运转试验;分析;原因;诊断

分类号：TH133.3

引言

机械运转试验是压缩机、汽轮机出厂之前对机组机械性能的一次全面检查。机械试驗的好坏关系到现场使用当中的稳定性与安全性。认真做好机组的机械运转试验，利用合理的分析方法，及时找出试验过程中出现的故障原因并排除，避免后期使用当中恶性设备损坏事故的发生。

一、机械运转试验常见问题

1.转子振动值较大

2.回油温度较高

3.轴瓦温度较高

4.转子轴向位移较大且不稳定

二、分析方法

1.振动分析法

振动分析法是对设备所产生的机械振动进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图形所进行的故障分析。

一方面由于在机组的所有故障中，振动问题出现的概率最高;另一方面，振动信号包含了丰富的机械及运行的状态信息;第三，振动信号易于拾取，便于在不影响机器运行的情况下实行在线监测和诊断。因此振动分析法是旋转机械故障诊断中运用最广泛，也最行之有效的方法。

2.油膜分析法

油膜分析法是对机组在用润滑油的油液本身及油中微小颗粒所进行的理化分析。通过对润滑油的粘度、闪点、酸值、破乳化度、水分、机械杂质、液相锈蚀试验、抗氧化安全性等各种主要性能指标的检验分析，不可以了解到机组轴承、密封的工作状况，对润滑、特别是轴承合金、轴颈、浮环、机械密封的动静环、油封及油档等摩擦副的磨损状态进行科学的分析与诊断。

3.轴位移的监测

在某些非正常的情况下，大型旋转机械的转子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移，严重时会引起推力轴承磨损，进而引起叶轮与汽缸隔板摩擦碰撞。一旦发生后对设备造成的损坏往往是灾难性的。所以，对轴位移进行在线状态监测和故障诊断分析很有必要。

4.轴承回油温度及瓦块温度的监测

检修或运行中的操作不当都会造成轴承工作不良，从而引起轴承瓦块及轴承回油温度升高，严重时会造成烧瓦。所以对轴承回油温度、瓦块温度进行监测也很必要。按API617规定，轴承进出口润滑油的正常温升应小于28℃，轴承出口处的最高油温应小于82℃。

三、故障产生原因及分析

1.振动故障

在大机组所发生的各类故障中，振动故障发生的概率最高，具体引发的原因也最复杂，常见的有四种：

（一）转子不平衡引起的振动。。造成不平衡的原因通常是：装配不适当、转子上有附加物生成、转子质量磨损、转子破裂或丢失部件。当转子发生此类振动时，当前的振动值（主要是工频分量）若有继续上升的趋势，说明故障程度相当严重，转子在不平衡质量矩的作用下仍将被继续拉弯，不平衡质量矩将继续上升，必须进行处理。

（二）轴承工作不良引起的振动。轴承可能有多种故障，其中包括间隙过大，油膜涡动和油膜振荡以及摩擦。造成这些故障的原因是装配不当，润滑不良，负荷欠妥，长久磨损及轴承设计不当。

（三）摩擦引起的振动。引起摩擦的原因是润滑不足，间隙不适当，载荷不正确或其他故障造成的较大振动。摩擦往往造成轴的反向涡动。发生此类振动时，应立即查看转子轴心的轨迹图，看振动的进动方向，若为正进动，说明摩擦程度不很严重，通常为梳齿密封的齿片所产生的摩擦，不必急于停车;若为反进动，特别是正、反进动交错发生时，说明摩擦时所产生的能量相当大，故障程度相当严重，此时若振动仍在加剧，必须立即停车。

（四）不对中引起的振动。不对中既可产生径向振动，又会产生轴向振动;既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易产生2X振动，严重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动.相位是判断不对中的重要判据之一。

2.轴位移故障

轴位移值异常过大，主要原因是转子轴向力增大。转子轴向力的产生原因是叶轮两侧存在着压差。压差乘以所作用的面积再乘以质量流量即为该级叶轮所产生的轴向力。

止推轴承磨损既有可能为自身原因或润滑不良所至，很大程度上仍可能为轴向力过大而引起。止推轴承合金层磨损时间极快，并伴有不大明显的瓦块温度或回油温度升高的异常现象，遇到此情况时，必须立即停车。

四、故障类型的诊断判定（典型频谱）

1.动不平衡诊断

（1）振动波形接近正弦波;

（2）轴心轨迹近似圆形;

（3）振动以径向为主;

（4）振动大小与转速平方成正比;

（5）振动频率以1X转频振动为主;

（6）振动相位稳定，两个轴承处相位接近。