煙氣輪機在線監(jiān)測分析研究 電子信息專業(yè)

摘要為了加強對關鍵設備的管理及預測維修，需要大力開展設備的狀態(tài)監(jiān)測及故障分析工作，特別是在線狀態(tài)監(jiān)測工作。機組作為整個系統(tǒng)的重要部分，其運作狀況顯著影響系統(tǒng)的運作周期與能源損耗，運行順利，不只可以節(jié)約電力，減少資源損耗，此外還可以確保所有機組的順利運作，進而保證設施的正常生產。本文煙機在線狀態(tài)監(jiān)管和問題診斷技術的應用研究作為切入點，通過在重油催化裝置的煙氣輪機和眾多規(guī)模龐大的機組在線狀態(tài)監(jiān)測的應用，全面分析煙氣輪機的重要問題：轉子不對中、不平衡、軸彎、油膜渦動、轉子碰摩、軸裂紋等，分別從故障危害性、故障原因分析以及特性分析角度進行分析。通過現場的在線監(jiān)測系統(tǒng)結合實際故障案例得出了不對中、不平衡、摩擦以及油膜渦動的故障特征，故障原因及解決措施，深入研究了各種故障的特征圖譜?？偨Y了煙氣輪機故障診斷中常見的分析方法：時域診斷法、傳統(tǒng)譜分析法、軸心軌跡分析法。通過對故障的分析，結合停機修理的結果與分析研究，最終推斷出各種類型的數據和圖譜所對應的不同故障類型，對于煙機轉子及一、二級靜葉密封結構進行了改進，降低了設備的故障率，機組實現了長周期平穩(wěn)運行，對關鍵設備進行預知性維修，最終得到了滿意的效果，取得可觀的經濟效益和社會效益。關鍵詞：煙氣輪機；在線監(jiān)測；故障診斷；診斷技術應用Studyontheapplicationofon-linemonitoringandfaultdiagnosistechnologyofgasexpanderABSTRACTInordertostrengthenthemanagementandforecastmaintenanceofkeyequipment,itisnecessarytocarryoutthestatemonitoringandfaultanalysisofequipment,especiallytheon-lineconditionmonitoring.Unitasakeyequipmentoftheentiredevice,itsoperationconditionsdirectlyaffecttheunitrunningcycleandenergyconsumptionlevel,runwell,notonlycansavealotofpower,reducetheenergyconsumptionofthedevicelevel,butalsotoensurethesafeoperationoftheunit,toensurethesafetyoftheplantproduction.Inthispaper,theapplicationoftheon-linestatemonitoringandfaultdiagnosistechnologyofthecigarettemachineisusedasthebreakthroughpoint.Throughtheapplicationoftheon-linestatemonitoringonthefluegasturbineandthelargeunitsoftheheavyoilcatalyticunit,themainfaultformsofthefluegasturbinearestudiedsystematically,includingthemisalignment,unbalanceandaxisbendingoftherotorofthefluegasturbine.Oilwhirl,rotorrubbing,shaftcrack,etc.,areanalyzedfromthepointofviewoffaultharmfulness,failurecauseanalysisandcharacteristicanalysis.Throughtheon-linemonitoringsystemcombinedwiththeactualfailurecases,thefaultfeatures,thecausesofthefailureandthesolutionoftheoilfilmvorticityareobtained,andthecharacteristicsofvariousfaultsarestudiedindepth.Thecommonmethodsforfaultdiagnosisoffluegasturbinearesummarized:timedomaindiagnosis,traditionalspectrumanalysisandaxlecentertrajectoryanalysis.Throughtheanalysisofthefaultandtheanalysisandanalysisoftheresultandanalysisoftheshutdownrepair,thedifferenttypesoffaulttypescorrespondingtovarioustypesofdataandatlasareconcluded.Thestructureofthemachinerotorandtheoneortwostagestaticsealstructureisimproved,andthefailurerateoftheequipmentisreduced.Theunitrealizesthelongperiodandsmoothoperation,andthekeyisthekey.Thepredictivemaintenanceoftheequipmenthasachievedsatisfactoryresultsandachievedconsiderableeconomicandsocialbenefits.KeyWords：Gasexpander;Onlinemonitoring;Faultdiagnosis;Diagnostictechnologyapplication目錄工程碩士學位論文獨創(chuàng)性聲明 I工程碩士學位論文版權使用授權書 I摘要 IIABSTRACT III引言 1第1章在線監(jiān)測發(fā)展現狀及故障診斷技術的發(fā)展 31.1國外在線監(jiān)測發(fā)展 31.2我國設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術發(fā)展概況 41.3狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的基礎技術 41.3.1設備故障診斷技術的發(fā)展 41.3.2旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中信號采集與分析技術的發(fā)展 51.3.3設備狀態(tài)監(jiān)測技術的發(fā)展 61.4本文的主要研究內容 7第2章煙氣輪機主要故障形式 92.1煙氣輪機的簡介 92.2煙氣輪機的測點布置 112.2.1振動測點布置原則 112.2.2煙機遠程采集系統(tǒng)的采集參數 122.3煙氣輪機的故障形式 122.3.1煙氣輪機轉子不對中故障 故障危害性 故障原因分析 特性分析 142.3.2煙氣輪機轉子不平衡故障 故障危害性 故障原因分析 特性分析 162.3.3軸彎曲 182.3.4油膜渦動及油膜振蕩 油膜渦動 油膜振蕩 油膜渦動及油膜振蕩的故障特征 202.3.5轉子碰摩 222.3.6軸裂紋 242.4本章小結 24第3章煙氣輪機及轉動設備的典型故障案例分析 253.1YL煙氣輪機不對中故障 253.215MW發(fā)電機組油膜渦動故障分析 363.3汽輪機不平衡故障分析 413.4空分裝置空壓機組摩擦故障分析 46第4章煙氣輪機故障分析方法及改造 524.1時域診斷法 524.1.1時域幅值分析法 524.1.2時域波形分析法 524.1.3時域平均法 534.2軸心軌跡分析法 534.2.1軸心軌跡合成算法 544.2.2軸心軌跡的診斷參數 544.3傳統(tǒng)頻譜分析法 554.4煙氣輪機升速及停機軸心軌跡趨勢分析法 564.5煙機的改進及取得效果 574.5.1煙機的改進 574.5.2催化工藝上改進 604.6本章小結 61第5章結論 63參考文獻 64致謝 67個人簡歷 68引言為了加強對關鍵設備的管理及預測維修，需要大力開展設備的狀態(tài)監(jiān)測及故障分析工作，特別是在線狀態(tài)監(jiān)測工作。機組作為整個系統(tǒng)的重要部分，其運作狀況顯著影響系統(tǒng)的運作周期與能源損耗，運行順利，不只可以節(jié)約電力，減少資源損耗，此外還可以確保所有機組的順利運作，進而保證設施的正常生產。但是，如果一旦某處發(fā)生故障，將會引起鏈式反應，不但損失能量，造成裝置停工，甚至帶來嚴重的災難性后果。目前當代科技持續(xù)發(fā)展，大型機組也開始表現出大型化、自主化、高效化與復雜化等特征，突發(fā)性問題頻繁出現，現實狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷更加復雜，所以開展機組狀態(tài)監(jiān)管和問題診斷，按時查找停機因素與設施問題，使用高效的舉措十分重要。要想處理生產時期的全部問題并不現實，假如在本地故障診斷系統(tǒng)不能處理的時候，使用Internet訪問遠程故障診斷系統(tǒng)，就能完成機組遠程高效在線監(jiān)測與故障診斷，降低維護成本，減少花費的時間，此外還可以尋找出設施存在的其他問題，實現更高級的診斷。所以，對機組開展高效的在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，就可以盡早尋找到設備出現的初期問題，且依照故障發(fā)展走勢開展預估、預報，使用預知維修，表現出積極的社會與經濟意義：（1）節(jié)省電力，降低能耗，尤其是潤滑油及動力設備的燃料消耗；（2）延長設備大修周期，降低小修頻率，增加機組的使用壽命，提高設備的利用率；（3）減少服務費用的支出，實現技術資源共享，提高市場競爭力；（4）預防嚴重事故，避免社會危害，保證裝置生產安全進行；（5）提高設備綜合管理水平，提高運營經濟效益，以適應現代企業(yè)管理的要求。現有三套大機組遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)，它們分別是:大連圣力來公司的DMS9000系列在線監(jiān)測系統(tǒng)（4臺）、深圳創(chuàng)為實公司的ALSPA?Care工廠監(jiān)測診斷平臺S8000（18臺）、北京化工大學的大型旋轉機械實時遠程監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)BH5000（96臺）。這三套遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)共承擔著118臺機組的遠程在線監(jiān)測任務（其中離心機組84臺，往復機組34臺）。在線監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)造了較大的經濟、社會效益。①經濟效益。應用在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)及時監(jiān)測煙機的運行情況，避免非計劃停工，造成整個裝置的能源損失，每年節(jié)約大量原料。通過及時排除潛在故障，可有效降低維修和部件更換費用。根據監(jiān)測結果決定是否大修，延長設備使用壽命，節(jié)約大修費用。以煙氣輪機為例，如平均縮短檢修時間5天，可多發(fā)電96萬千瓦時，按工廠用電價格0.5元/度計算，可創(chuàng)效48萬元。因此，帶來的經濟效益是巨大的。②社會效益。通過應用故障診斷系統(tǒng)，可在初期尋找到存在的問題征兆，盡早使用防范手段避免問題擴散，避免突發(fā)性意外問題的出現，確保設施的順利運作，提高設備維修管理水平。通過應用，對機組維護與管理工作起到了實際有效的促進作用，為設備管理人員進行日常維護提供了重要依據。也得了一些創(chuàng)新性成果，表現為建立了一套設備診斷標準，形成了一套科學化的設備在線監(jiān)測和智能診斷體系。第1章在線監(jiān)測發(fā)展現狀及故障診斷技術的發(fā)展1.1國外在線監(jiān)測發(fā)展國外狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)研發(fā)歷史狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)主要依照主體的特征,通過目前存在的與之相關的技術研發(fā)而設計的完善系統(tǒng)[1]。依照多種狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)產生的時間順序,需要把其劃分成四部分:①便攜式檢測儀表與研究儀器②在線監(jiān)測儀表系統(tǒng)③計算機監(jiān)測研究和診斷系統(tǒng)④智能診斷系統(tǒng)[2]。此處前兩種系統(tǒng)僅僅是監(jiān)測和問題診斷儀器,后兩種系統(tǒng)才是真正的監(jiān)測和診斷系統(tǒng)。便攜式檢測儀表與研究儀器是最初產生的檢測設備,其現實作用是對檢測主體的部分關鍵運作參數開展測試,研究人員依照測試得出的信息判斷主體的運作情況。比如:振動與溫度測量儀等多個部分,制造公司是丹麥B&K、瑞典SPM、IRD等國際知名企業(yè)[3]。在線監(jiān)測儀表系統(tǒng)是緊接前一種設施產生的針對于某現實對象的專門的診斷系統(tǒng),主要使用在實時監(jiān)測運作狀態(tài)的工業(yè)系統(tǒng)。具備較高知名度的系統(tǒng)是:美國BentlyNevada企業(yè)的7200系列,9000系列,3300系列;Philips企業(yè)的11MS700系列和申克企業(yè)的VIRROCON-TROL系列;瑞士Vibro-MetCr企業(yè)的MMS系統(tǒng)等[4]。計算機監(jiān)測研究和診斷系統(tǒng)也隨之產生,主要是因為攜式檢測儀表與分析儀器與普通的在線監(jiān)測儀表系統(tǒng)不能達到現實中故障診斷的全部需求。上述系統(tǒng)不只能在線全面監(jiān)測眾多系統(tǒng)的運作情況，此外還能依照實際測試信息,進行越限報警、實時在線研究。比較重要的產品為:美國BentlyNevada企業(yè)的Trendmaster2000系統(tǒng);日本三菱企業(yè)的HMH系統(tǒng);瑞士Vibro-Meter企業(yè)的Vibro-Turbo系統(tǒng);加拿大CSI3100系統(tǒng)等[5]。智能診斷系統(tǒng),就是在一般故障診斷科技的前提下，根據人工智能科技的分析結果而設計的自主化診斷系統(tǒng)。上述系統(tǒng)出現的時間并不長，也是新興產物,美國在二十世紀八十年代之后，最先在此部分進行研究,設計出眾多高質量的診斷系統(tǒng)。比如,BentlyNevada企業(yè)的DMS（DataManagerSystem）系統(tǒng)在原本儀表系統(tǒng)（比如9000系列,7200與3500系列）的框架上,陸續(xù)設計生產出具備在線狀態(tài)監(jiān)測,研究與故障診斷作用的高規(guī)格且完善的系統(tǒng)[6]。DMS系統(tǒng)的故障診斷作用一般需要工程師輔助系統(tǒng)EA(EngineerAssistSystem)配合。此系統(tǒng)主要是在知識庫和用戶規(guī)則庫的邏輯推理式專家系統(tǒng)前提下,利用籌集的機組狀態(tài)信息,且根據用戶填寫的機組最初結構信息,對具體問題,問題定位,問題詳情與未來趨勢進行判斷且得到最終結果(附加故障置信度)與具體過程詳情。DMS系統(tǒng)得到較高的經濟收益,被當做此類智能監(jiān)測診斷系統(tǒng)順利發(fā)展的重要典型。我國監(jiān)測診斷科技主要是借鑒其他國家的先進科技，繼而不斷消化、吸收得到的。1.2我國設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術發(fā)展概況在二十世紀八十年代，設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷科技從早期認知進入到實踐時期，將借鑒西方國家的領先科技與經驗當做重點，對部分故障機理、診斷方式與簡單監(jiān)測診斷儀器開展論述與分析[7]。1983年，有些部委開始創(chuàng)建單獨的分析組織，比如化工部振動檢測組織、中國石化總企業(yè)設施狀態(tài)監(jiān)測組織、冶金部設備診斷分析組織等。隨后在北京創(chuàng)建中國設備管理組織；1985年中期在鄭州創(chuàng)建中國機械設備診斷技術學會；1985年底開始在上海舉辦與之相關的技術使用宣傳會議；1986年中期在沈陽舉辦首屆中國機械設備診斷技術學會年會暨國際學術會議[8]。上述機構與組織專注于全面?zhèn)鞑鴥仍诖诵袠I(yè)得到的眾多研究成就，全面探索設施狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷在各個國家的發(fā)展趨勢，進一步促進了學科的穩(wěn)定發(fā)展，此時其為國內社會經濟發(fā)展提供便利[9]。現在國內設施狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術能力和西方國家的差異開始被明顯縮小，在很多部分，比如規(guī)模龐大的旋轉機械在線狀態(tài)監(jiān)測與研究系統(tǒng)、機泵群狀態(tài)測試等，就能進一步達到現實生產需求，甚至和全球領先水平接軌[10]。在機械與力學領域的研究中，形成非常關鍵的分支，也就是設備故障診斷學[11]?，F在，國內機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷逐漸得到眾多研究成果，開始被各界人士所關注，理論知識充足，是具備現實發(fā)展前景的復雜學科[12]。對機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷活動開展分析逐漸被眾多公司所關注。1.3狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的基礎技術1.3.1設備故障診斷技術的發(fā)展設備故障診斷的過程有三個主要步驟：即信號測取、征兆提取和狀態(tài)識別。結合這三個步驟及設備故障診斷技術的發(fā)展來看，故障診斷技術經歷了二個階段：第一階段是以電子技術，傳感器技術，計算機技術為基礎，以各種信號處理為手段的發(fā)展階段[13]。這一階段最為突出的特點是各種檢測方法和信號處理手段的大量涌現，極大地豐富了設備故障診斷技術的內容，產生了鐵譜、光譜、振動、噪聲、聲發(fā)射、紅外成像、性能監(jiān)測等測試技術，發(fā)展了狀態(tài)空間法、對比法、統(tǒng)計分析法、故障樹法、模糊評判法、灰色關聯度法、時序分析等多種信號處理手段。傳統(tǒng)的傅立葉譜分析也發(fā)展到短時傅立葉分析、Wigner譜分析、小波變換等多種信號分析形式，大大彌補了傳統(tǒng)分析方法的不足[14]。這些技術在齒輪箱、滾動軸承、壓縮機、汽輪發(fā)電機組等回轉機械，船用和車用發(fā)動機、內燃機車等往復運動機械以及工程結構、管道、鋼絲繩、液壓系統(tǒng)等設備的故障診斷中得到了實際應用，獲得很大的經濟效益。然而同時在實際應用中也碰到了較大困難，常常會有這種情況，采用昂貴的數據采集和信號分析設備所得的分析診斷結果還不如憑有關領域專家的經驗得出的結論正確，這就迫使人們考慮人類長期以來所積累的經驗知識在故障診斷系統(tǒng)中的應用。人工智能技術的發(fā)展，特別是專家系統(tǒng)和人工神經網絡在設施診斷中的使用，為此類技術的未來發(fā)展與智能化水平的提升提供方便，使診斷技術的發(fā)展得以從常規(guī)診斷技術的階段進入到第二階段，即以人工智能技術為核心的智能診斷技術階段[15]。這種發(fā)展較好地解決了設備診斷過程的第三階段的問題，即判別設備所處的狀態(tài)和故障的性質及發(fā)生故障的部位。事實這也是設備診斷的目的所在，智能診斷技術實現的關鍵。在這一階段中，原來以數值計算和信號處理為核心的診斷過程將被以知識處理與知識推理為核心的診斷過程所代替。同時在這一階段中，診斷技術的發(fā)展將由過去單純的監(jiān)測、診斷向監(jiān)測、診斷、管理、和調度的集成化方向發(fā)展，監(jiān)測、診斷將直接服務于設備的維修、管理乃至參與生產的調度，變定期維修為視情維修。隨著微電子技術、計算機技術、各種信號處理方法、轉子動力學和當代公司治理方式的分析與發(fā)展，設備故障診斷技術在近年獲得更加蓬勃的發(fā)展[16]。1.3.2旋轉機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中信號采集與分析技術的發(fā)展大型旋轉機械振動信號研究的主要目標是選取轉子運作的狀態(tài)數據，高效的信號處理與運作信息的提取是開展此類監(jiān)測與故障診斷的重點?，F在，與之相關的處理方式類型眾多，比如倒頻譜研究、雙譜研究、Wigner研究等[17]。然而，對于規(guī)模龐大的旋轉機械振動信號處理與故障診斷來說，現在依舊要使用FFT譜分析開展妥善的處理，提取轉子運作狀態(tài)變動與相關故障問題。和FFT頻譜相融合的時域研究方式主要是軸心軌跡、時域波形研究與用在轉子機械啟停車信號研究的瀑布圖、Bode圖、Nyquist圖[18]。為了全面提取所需要的運作數據，基于FFT的譜研究，R.B.Randall，提取譜的趨勢研究；BrianR.Humes把一倍頻與二倍頻的幅值與相位融合制造極坐標圖，創(chuàng)建矢量監(jiān)測圖(VectorMonitoringPinpoints)，監(jiān)管運作轉速下一倍頻與二倍頻響應向量的變動，進而尋找轉子機械狀態(tài)的變動；I.Iman提取Histogram信號研究科技(HistogramSignatureAnalysisTechnique)，把日常運作狀態(tài)中的轉子振動時域波形和故障狀態(tài)下轉子振動時域波形相減，之后得到FFT頻譜，其主要體現出故障問題造成的轉子振動信息[19]。即便在大型旋轉機械的應用中，轉子振動信號的FFT頻譜研究法也是應用最普遍的方式。然而使用FFT計算頻譜只能選取振動信號內的一部分且進行周期化（頻率離散化），隨之產生泄漏與柵欄效應。進而導致振動信號的研究精度不斷降低。1.3.3設備狀態(tài)監(jiān)測技術的發(fā)展設備狀態(tài)監(jiān)測包含傳感器、數據籌集與計算機信號研究三類子系統(tǒng)[20]。監(jiān)測系統(tǒng)一般是提供穩(wěn)定的設施運作狀態(tài)信息，所以是故障診斷的重中之重。其他國家大部分經歷專用便攜式數據籌集、分析診斷儀器到不同層次的狀態(tài)監(jiān)測、研究和故障診斷系統(tǒng)，之后發(fā)展到使用專家系統(tǒng)開展故障診斷。在此類技術發(fā)展的多個時期，監(jiān)測系統(tǒng)也承擔多種責任。在早期發(fā)展的第一階段中，因為此時大多數使用離線研究，監(jiān)測系統(tǒng)所擔負的任務量不多，此刻監(jiān)測系統(tǒng)一般承擔測試任務，當然這時主要是針對結構簡單的零部件的簡易診斷。目前系統(tǒng)復雜度持續(xù)提升，相關技術也開始進入智能時期，需要使用功能強大的實時在線監(jiān)測科技達到現實需求。而要實現實時在線監(jiān)測，必須提供以下保證：A高速數據采集此部分重點是確保監(jiān)測系統(tǒng)緊跟設施運作狀態(tài)的變化速度。比如對汽輪發(fā)電機組來說，不只要籌集穩(wěn)態(tài)工況下的信息，此外也需要籌集啟停機等過渡環(huán)節(jié)的信息。由于相位關系在旋轉機械的故障診斷中也具備重要的作用，為確保此類信息的精準性和穩(wěn)定性，需要全面對有關通道的信號進行無相差籌集，此刻必須使用此采集技術才可以達到相關標準[21]。B高速數據的緩沖技術智能診斷一般面向規(guī)模龐大的機械設備，為了確保智能診斷，裝置的測點一般是幾十或者上百個，如此導致數據傳輸任務不斷增多，因為監(jiān)測系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)之間速度不對應，導致數據傳輸遇到阻礙。使用存儲器緩沖科技可以妥善此類問題，主要實現手段是FIFO與雙端口RAM技術等[22]。C實時分析為了監(jiān)管且預估設施運作時期也會出現的問題，提出監(jiān)測系統(tǒng)需要呈現出實時研究的作用，實時研究可以確保數據籌集與處理共同開展，確保實時研究的主要條件是數據處理時間少于采樣間隔的時間。目前高速專用器件產生，此技術開始得到普遍使用，在現實使用中因為成本的限制，一般使用折衷方式——巡檢方式來確保雙方對應[23]。D分布式的體系結構因為監(jiān)測主體的規(guī)?；枰芾淼男盘柫恳膊粩嘣龆?。此外，不同信號的監(jiān)測速度差異較大，比如一般譜巡檢只需要大概5秒，而為精準辨別開關量的變動情況，需要每隔1毫秒就查找具體狀態(tài)。很明顯使用集中式監(jiān)測體系結構并不科學，因此需要使用此結構。分布式系統(tǒng)就是通信科技、計算機科技與控制科技三繽紛融合的結果。其主要使用在大多數是局部處理，且只有少量必要的、需要全局性處理的場合。此系統(tǒng)在設施故障診斷中尤其是監(jiān)測系統(tǒng)內的使用中產生。也就是分散型系統(tǒng)。此監(jiān)測系統(tǒng)促使系統(tǒng)多個方面的關系從緊密耦合轉向松散型。在現實使用中，一般使用多級分布式結構[24]。1.4本文的主要研究內容在研究旋轉機械國內外分析技術情況和煙氣輪機分析技術現狀和未來趨勢的時候，本文將煉油廠催化裂化生產環(huán)節(jié)中出現的高溫再生煙氣能量回收利用當做研究背景，以石化煉油廠直接發(fā)電機組中的煙氣輪機為研究主體，使用振動知識、拉格朗日分析力學知識、信號處理和分析科技，對煙氣輪機的現實故障開展深入分析，一般分析內容包含：(1)研究煙氣輪機系統(tǒng)組成、運作特征、測點分布和故障劃分；(2)分析目前存在的主要故障形式，包括：煙氣輪機轉子的不對中、不平衡、軸彎、油膜渦動、轉子碰摩、軸裂紋等，分別從故障危害性、故障原因分析以及特性分析角度進行闡述。建立了相應的轉子數學模型，重點分析了轉子不對中及不平衡故障進行了機理分析。(3)根據旋轉機械常見故障的故障機理的深入研究，通過現場的在線監(jiān)測系統(tǒng)結合實際故障案例得出了不對中、不平衡、摩擦以及油膜渦動的故障特征，故障原因及解決措施，深入研究了各種故障的特征圖譜。(4)總結了煙氣輪機故障診斷中常見的分析方法：時域診斷法、傳統(tǒng)譜分析法、軸心軌跡分析法。通過對故障的分析，結合停機修理的結果與分析研究，最終推斷出各種類型的數據和圖譜所對應的不同故障類型。第2章煙氣輪機主要故障形式2.1煙氣輪機的簡介煙氣輪機（也就是煙氣透平）主要將煙氣當做工質，把其中的熱能與壓力能變成機械能的原動機。此設備在石油煉廠流化催化裂化裝置再生煙氣能量回收系統(tǒng)中被普遍使用，得到各界人士的關注。煙氣輪機主要分類與特征1）依照結構內容進行劃分主要是單級與多級兩類。靜葉與輪盤安裝動葉的工作輪是構成煙氣輪機的主要部分，也就是“級”。假如整個煙氣輪機只存在單個級，就可以被叫做單級煙氣輪機；假如整個煙氣輪機包括兩個級，就可以叫做兩級煙氣輪機；更多的就被叫做多級煙氣輪機。兩級煙氣輪機運作效率比單級更高?，F在，我國生產的兩級煙氣輪機效率大概是83%，其中單級只有大概78%。2）依照煙氣在級內流動趨勢進行劃分主要是軸流式與徑流式兩類煙氣在級內軸向流動就被叫做軸流式煙氣輪機。一般所研究的大部分設備都是軸流式，由于此類型支持流過的工質流量高，結構便于制作成多級型式，可以達到高膨脹比與大功率需求，效率更高。另外，軸向進氣可以讓煙氣進入設備的時候更加平穩(wěn)和順暢，保證煙氣內催化劑顆粒勻稱劃分。煙氣在級內徑向流動則被叫做徑流式煙氣輪機。此類主要使用在小功率設備中。然而其也具有離心分離功能，可以促使顆粒集中，入口壓力虧損更大。YLII—10000F型煙氣輪機是由進氣、過渡、排氣三部分機殼、轉子組件、軸承箱和軸承等部分。轉子組件主要包含一級、二級輪盤、一級與二級動葉與主軸等部分。一、二級輪盤，二級輪盤和主軸間，以止口定位，且熱裝在軸端，思考到輪盤與拉桿在運作時期熱膨脹變形等條件之后，具有充足預緊力的拉桿固定輪盤和主軸聯接，套簡傳扭。一、二級輪盤屬于實心構造，使用GH864材料橫鍛且生產形成，輪緣開樅樹型葉根槽，用來裝入帶樅樹型葉根的動葉片、鎖緊片鎖緊定位，一、二級動葉片使用高溫合金GH864橫鍛產生，葉型部分噴上“長城一號”耐磨表層。進氣機殼一般包含進氣機殼與錐和一級靜葉零件，進氣機殼是不銹鋼焊接件進氣錐也是如此，且組焊在殼內，一級靜葉組件由靜葉片與固定鑲套構成?？梢允褂寐菟▓怨淘谶M氣錐端部。在進氣殼體上設置可調試輔助性撓性支撐。過渡機殼主要由二級靜葉環(huán)固定套、二級靜葉環(huán)體和二級靜葉片等組成。二級靜葉片用T型葉根固定在二級靜葉環(huán)體上，為避免催化劑固體顆粒對通流時期的沖蝕虧損，此部分也需要增設防沖蝕臺階，且噴灑耐磨材料，為防止漏氣，二級靜葉片組成的內環(huán)上固定有氣封片。排氣機殼是完整的，主要包含不銹鋼焊接得到。主要包含進、出口法蘭、擴壓器和殼體等部分，整個機殼用進口端法蘭上的兩個支耳及機殼上的不同支耳支承在底座上，在進口端的支耳與底座支承面之間增設橫向導鍵，在排氣機殼的前端與后端增設縱向導鍵，確保核心穩(wěn)定。軸承箱由箱體和箱蓋組成，均為鑄件。其上裝有軸承和油封及測轉速、測軸振動和軸相位探頭，并接有軸承潤滑油進、出口管線。軸承部分包含兩個徑向軸承與主、副止推軸承，穩(wěn)固在軸承箱中。本次主要使用四油葉滑動軸承，其中采用八瓦塊的金氏伯里軸承，副止推軸承為八瓦塊米鍥爾軸承。底座是焊接件，支承排氣機殼的支座需要使用水冷卻，進而確保此機組中心杯高穩(wěn)定。2.2煙氣輪機的測點布置2.2.1振動測點布置原則在信號采集的過程中，測點選擇起著至關重要的作用，這些測點的位置必須能充分反應機組的特征信號，這些特征信號是以后分析和處理的基礎。因而根據現場的實際情況，對煙機機組的工作情況和煙機自身結構特點綜合分析，測點布置如下圖所示：2.2.2煙機遠程采集系統(tǒng)的采集參數煙機機組采集參數：共15個。其中，煙機：13個，風機：2個。包括振動、壓力和溫度。（1）振動：8個。2個前徑向軸承（測點名：1X，1Y）；2個后徑向軸承（測點名：2X，2Y）1個后軸向位移（測點名：2A）；1個鍵相位轉速（測點名：3R）；風機2個前徑向軸承（測點名：4X，4Y）（2）壓力：2個。前、后主油道壓力（測點名：5P，6P）（3）溫度：5個。1個主油道溫度（測點名：7T）；1個輪盤溫度（測點名：8T）1個煙氣溫度（測點名：9T）；2個前后徑向軸承軸瓦溫度（測點名：10T，11T）。其中：1X表示1號測點的水平方向的振動；1Y表示1號測點的垂直方向的振動；2X表示2號測點的水平方向的振動；2Y表示2號測點的垂直方向的振動；2A表示2號測點的軸向位移；4X表示4號測點的水平方向的振動；4Y表示4號測點的垂直方向的振動。2.3煙氣輪機的故障形式轉動設施的狀態(tài)監(jiān)測故障診斷主要在機械運作中或不拆裝機械結構的時候，對機械技術狀態(tài)開展定量測試，利用對測試信號的操作與研究，且根據診斷對象的發(fā)展情況，來定量分析機械設施和相關零件、部件的真實技術狀態(tài)，預估設備的不正常問題和后續(xù)技術情況，對問題部位、因素開展研究與判定，尋找處理的方式以及最佳處理時間。設施狀態(tài)監(jiān)測故障診斷科技便于公司完成當代設施管理任務；處理維修環(huán)節(jié)中“過度維護”和“維護不足”問題，進而在設施使用的時候，確保成本最低，設施整體效率最高的目標。煙氣輪機（也就是煙機）是石油化工產業(yè)內普遍使用的重要設施，其使用催化裂化設備生產時期形成的高溫再生煙氣余熱驅動離心式或軸流式空氣壓縮機作功或給發(fā)電機供應動力。此部分的具體運作狀況和設備運作周期與能源損耗緊密相關，對確保設施穩(wěn)定運作與節(jié)約資源具有積極價值。根據研究可知某企業(yè)投入使用的39臺煙機機組，2016年度總共得到收益7.8億元，經濟效果非常明顯。然而此時我們也需要關注到，此設備是煉化領域主要設施中出現問題概率最高的部分。一般無故障運作時間少于280天，很多廠煙機每年停機維護三次是正常的事情。其和設備長時間運作的標準有較大的差異，多次停機造成設備能耗提高，效率降低，甚至會導致設備切斷進料以及意外停工問題頻繁出現，有時候會降低公司經濟收益。所以需要對此設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，盡早查找問題出現的因素和設施存在的隱患，使用高效的方案，確保機組安全、平穩(wěn)、長久運作是重中之重。造成煙機故障率始終很高的現實因素是高溫與粉塵。此設備機械問題，大部分和上述兩個因素相關。煙機普遍存在的問題，比如磨損、葉片斷開、粉塵過多、動靜摩擦、動平衡受損、同心度偏轉和管線應力影響或多或少和上述兩個因素相關。下面分別對幾種類型的故障原因、診斷方法及故障處理作分析。2.3.1煙氣輪機轉子不對中故障故障危害性在旋轉機械中，轉予不對中是造成眾多問題的現實因素，在美國Texas州Monsanto化工企業(yè)研究的故障診斷案例中大部分是因為轉子不對中導致的[25]。此現象會導致系統(tǒng)運作時期發(fā)生軸撓曲變形、機械振動、軸承初期受損和油膜失穩(wěn)等情況，對整體穩(wěn)定運作帶來一定的負面影響。煙氣輪機聯軸器不對中問題出現概率很高，也會造成油膜溫提高、失穩(wěn)、機組振動不正常，出現異常噪聲，因此導致軸承初期受損、聯軸器輪齒咬死斷齒、螺栓變形、磨損，最終發(fā)生“鎖定"問題，不利于設備順利生產。故障原因分析與煙氣輪機轉子聯軸器不對中故障相關的原因眾多，重點被整理成下面多個部分：(1)設計時期并未充分思考煙氣輪機對中曲線，計算出現失誤(2)安裝找正誤差與對熱態(tài)轉子不對中量并不關注(3)聯軸器螺孔間隙過大或螺栓預緊力較低假如煙氣輪機機組出現第三個問題，那么導致的最終結果就是機組在帶負荷時期，在負荷提高到特定數值時，兩個半聯軸器出現錯位問題，軸系對中狀態(tài)存在變動，和聯軸器聯系的轉子振動響應也會出現一定的變化，其中設備內轉子振動更加嚴重。(4)沖擊扭矩煙氣輪機甩負荷等問題都會導致軸系扭矩在瞬間出現明顯改變，對傳遞扭矩與運作中的聯軸器產生較大影響，導致兩個半聯軸器彼此錯位，軸系對中狀態(tài)出現變化，進而導致機組軸系振動更嚴重。(5)日常運作中操作上超負荷運作與機組保溫不善，軸系內轉子熱變形不同(6)機器基礎、底座沉降不均衡導致對中超差和軟地基導致對中不良(7)環(huán)境溫度差異大，機器熱變形不一樣。(8)除了上述因素外，超負荷運行等因素也可引起轉子聯軸器不對中。特性分析當轉子聯軸器存在不對中問題，煙氣輪機運作時在線監(jiān)測系統(tǒng)得到的工程振動信號特點一般體現在下面多個部分：（1）轉子徑向振動存在二倍頻，主要是一倍頻與二倍頻分量，軸系不對中更明顯，二倍頻占據比值高，大部分時期二倍頻能量更高；（2）振動信號的最初時域波形為畸變正弦波；（3）聯軸器兩邊臨近的軸承油膜壓力為反方向變動，油膜負擔增加，其他就減少；（4）聯軸器不對中時軸向振動更大，振動頻率是一倍頻，振動幅值與相位不變；（5）兩邊軸向振動通常表現出180°反相；（6）比較明顯的軸心軌跡是月牙形、香蕉形，明顯對中不良時期的軸心軌跡也許是“8”字形；渦動方向是同步正進動；2.3.2煙氣輪機轉子不平衡故障故障危害性煙氣輪機轉子不平衡表示具體運作時期轉子不同微元質量的離心慣性力系不均衡，也就是沿轉子軸向多個橫截面的重心不在回轉中心線上，也就是設備回轉質量偏心。因為此設備在具體運作的時候高效旋轉，假如質量偏心較小，也會導致較大的離心激振力[26]。比如，在煙氣輪機轉速是3000rpm時，質心偏離旋轉中心線O.1mm所得到的離心力類似于轉子重量，上述離心力會造成較大振動。煙氣輪機機組三分之一的問題是因轉子不平衡造成，對機組運作或四周環(huán)境導致的負面結果為：(1)造成轉子撓曲變形加劇內應力，有時候會導致轉子斷裂。比如，因為不平衡造成規(guī)模龐大的汽輪發(fā)電機組轉子斷裂問題，此類嚴重故障在國內也出現過；(2)造成振動，加速軸承等部件受損程度，減少整體使用時間、降低效率；(3)轉子振動利用軸承、基座傳播給建筑物，此外也會出現較大的噪聲，造成環(huán)境污染。故障原因分析質量不平衡是目前旋轉設備中最普遍的問題。大家都知道，旋轉機械的轉子因為材料質量與加工科技等相關條件的影響，轉子的質量分布相對于旋轉中心線來說無法堅持“絕對平衡”，因此就導致轉子旋轉時產生規(guī)律性的離心力干擾，在軸承上導致動載荷，導致機器出現振動。機組不平衡按照具體發(fā)生過程被劃分成原始、漸發(fā)性與突發(fā)性三類情況。此處原始不平衡是因轉子生產、裝配失誤和材質不均衡等因素而產生的；漸發(fā)性不平衡就是因不均勻積灰導致的；突發(fā)性則是因為轉子上零件脫落導致，機組振幅猛然增加之后穩(wěn)定在相應范圍內[27]。導致設備內轉子不均衡的原因有很多，大部分被劃分成下述幾個部分：(1)加工制造失誤因為轉子零部件在生產時期出現誤差，導致其依軸向橫截面的質量分布和轉動中心軸線不對應，導致不平衡問題。(2)安裝失誤轉子安裝的時候因為誤差導致中心線和軸承中心線不重疊，造成不平衡問題。(3)熱彎曲、熱變形轉子鍛件在熱加工時期熱應力造成轉子彎曲或運作時期熱變形導致彎曲問題，最終導致不平衡問題。(4)維護更換在修理的時候改變轉子質量平衡，比如拆裝或替換渦輪、葉片、聯軸節(jié)和轉子上相關較大零件，替換電機線圈繞組，車削轉子軸徑等行為都會導致不平衡問題。(5)葉片斷裂、受損和積垢、沖蝕煙氣輪機運作時期動葉片斷裂或不均勻受損，轉予一、二級渦輪盤間或動葉片表層積灰、結垢或催化劑顆粒不均衡沉積，工作介質對轉子動葉片、渦輪侵蝕等都劊導致此類問題。(6)零部件脫離因為機組在實際運作時期轉子零部件位于持續(xù)高效運作時期，在外力長久影響下會導致零件脫落問題。比如，聯軸器脫落問題，導致不平衡問題的出現。特性分析不平衡轉子的振動信號，具體時間波形和頻譜圖通常表現出下面的明顯特點：（1）原始時域波形的形狀類似于純正弦波；（2）振動信號的頻譜圖中，諧波能量一般匯聚在轉子工作頻率（1X）上，也就是基頻振動成分所占比值高，相關倍頻成分所占比值不高；（3）在升降速時期，假如轉速低于標準轉速時，振幅隨著轉速提高而提高。假如轉速超過臨界轉速以后，會跟隨轉速增多反而降低，且開始趨向更小的穩(wěn)定值。假如轉速接近于臨界轉速時，轉子會出現共振，此刻振幅也呈現出最高峰值；（4）當工作轉速一定時，振動的相位穩(wěn)定；（5）轉子軸心軌跡圖為橢圓形；（6）轉子渦動特點是同步正進動；（7）純靜不平衡的時候支承轉子的所有軸承相同方向的振動相位一樣，其中純力偶不平衡時支承轉子的所有軸承振動為反相，也就是相位差180°。然而事實上轉子通常出現靜不平衡，此外也會出現相應的力偶不平衡（也就是出現動不平衡），此前支承轉子的所有軸承相同方向振動相位差在0°到180°范圍內波動[28]；（8）在外伸轉子不平衡的時候也許會導致較大的軸向振動。在轉子外伸端不平衡時，兩軸承的軸向振動相位沒有差異；（9）由于介質不均勻結垢的時候，工頻幅值與相位開始緩慢改變。2.3.3軸彎曲轉子彎曲主要被劃分成永久性與暫時性兩類。前者也被叫做轉子弓形彎曲，一般表現由生產制造問題、長久存放不合理、蠕變等因素導致的無法自主復原的彎曲。后者表示可自主復原的彎曲，一般是因開啟預負荷過高、加速過快等不科學操作導致的。轉子彎曲的振動機理：不論是怎樣的轉子彎曲，都會出現質量偏心與不平衡激振力，此部分振動機理和轉子不平衡類似。主要差異點就是軸彎曲也會導致軸兩邊形成錐形運動，所以在軸向也會出現更大的工頻振動[29]。另外，轉軸彎曲時，因為彎曲形成的彈力和不平衡造成的離心力相位出現差異，此外相對相位跟隨轉速變動，在相同轉速區(qū)間內，雙方的作用會出現抵消，振幅開始降低，假如彎曲效果低于不平衡效果時，振幅降低出現在臨界轉速下，否則，振幅減少出現在臨界轉速上。轉子熱彎曲導致的振動一般是基頻分量，通常表現出下述特征。（1）振動和轉子的熱狀態(tài)相關，假如機組冷態(tài)運作時（空載）振動不大，然而伴隨負荷增加，振動開始變大；（2）假如振動變大之后高速降負荷或停機振動沒有馬上變大，而存在相應的時間差；（3）轉子出現熱彎曲之后停機惰走時在低轉速下轉子的工頻振動幅值比在開車時期同等轉速下的振動值更高，此外在同等轉速下，工頻振動的相位也許不會重疊。2.3.4油膜渦動及油膜振蕩油膜渦動的機理：動壓滑動軸承因為自身表現出結構不復雜、生產便利、應用實踐長、工作穩(wěn)定、符合重載高速要求的優(yōu)勢。被普遍使用在旋轉設備中，尤其是規(guī)模龐大的旋轉設備的轉子支撐系統(tǒng)。動壓滑動軸承的主要理論是油楔承載理論，也就是依賴油液粘性，在軸頸旋轉的時候把油液接連帶到軸頸和軸承表層所產生的容積持續(xù)縮小的空間內，油液持續(xù)被縮小，形成油膜壓力，開始影響軸頸，支持軸頸，導致軸頸和軸承面脫離接觸而完成潤滑目標。在一般狀況下，油膜壓力合力和載荷目標是維持動平衡狀態(tài)，在相同環(huán)境中會因為動力不穩(wěn)而導致油膜渦動與振蕩問題[30]。油膜渦動油膜渦動是轉子基于本身軸線旋轉的時候，軸心基于靜平衡點旋轉的重要方式。其形成機理也就是：油膜力屬于動態(tài)力，其和載荷的平衡相同全部是動平衡，在最佳穩(wěn)定運作時期，軸頸中心處于油膜力和載荷平衡的方位上。在遇到某種干擾影響的時候，上述平衡無法維持下去，此刻油膜力和載荷不屬于平衡力，軸頸會遠離平衡位置，在合外力影響下運作，其與外力可分解成指向靜平衡點的徑向力與切向力，前者想要讓軸頸恢復到平衡位置，后者和位移方向相似，促使軸心繞靜平衡點變速運動，進而形成油膜渦動。其中速度主要和油膜流動速度有關。油膜速度可以根據油膜連續(xù)性研究得出，大致統(tǒng)計，假設油膜速度按照線性劃分，也就是軸頸表層油膜的速度和軸頸表層速度沒有差別，軸瓦表層的油膜速度是零，此時油膜平均周向速度是軸頸表面圓周速度的百分之五十。根本上因為油膜速度劃分的非線性、軸承的端面泄露，與真實工況相關影響條件，產生真實油膜渦動速度，根據統(tǒng)計通常是轉子轉速的0.42--0.48倍，很多時候也會遇到超過O.5倍工頻的情況。由于油膜渦動頻率靠近軸的轉動頻率的百分之五十，因此就被叫做半速渦動剛[31]。油膜振蕩渦動屬于自激勵振動，半速渦動的頻率少于轉子的一階固有頻率時，轉子軸心的軌跡通常是平穩(wěn)封閉圖形(類似于基頻和二分之一2倍頻疊加產生的雙橢圓)，假如轉子是N-倍臨界轉速的時候，渦動和轉子一階臨界轉速重疊，轉子系統(tǒng)會自激形成強烈共振，此刻軸心軌跡開始轉換成分散的不規(guī)則曲線，譜圖內半頻分量的幅值靠近乃至高于基頻振幅，軸頸和軸瓦表面出現碰摩，油膜受損。假如轉速不斷提高，渦動頻率一直是轉子固有頻率[32]。轉子是否出現失穩(wěn)動和眾多條件相關，比如載荷、轉速、瓦隙、軸瓦構造、油液粘度等。輕載軸瓦，油膜渦動一般在一階臨界轉速之前出現：中載軸瓦，渦動一般在一階臨界轉速以后產生：重載軸瓦，在油膜振蕩出現之前通常不會出現半速渦動。在油液粘度很高的時候，油膜振蕩的維持性較差，渦動頻率成分的幅度變化明顯。橢圓軸瓦、可傾斜軸瓦具備較好的穩(wěn)定性，出現失穩(wěn)的概率隨之降低。油膜渦動及油膜振蕩的故障特征振動特點：(1)半速渦動；一般特點是頻譜中l(wèi)／2倍頻處出現峰值：軸心軌跡是由基頻與半頻成分重合產生的相對平穩(wěn)的雙橢圓，正進動。(2)油膜振蕩：一般特點是頻譜中轉子，第一階臨界頻率成分是主峰，隨之出現非線性振動成分，軸心軌跡是分散、無規(guī)律曲線，波形幅度不平穩(wěn)，相位出現突變。振動敏感方向：都是徑向。敏感參數：(1)半速渦動：渦動頻率隨著轉速改變，維持半頻渦動頻率是轉子工頻的(O.42～0.48)倍；渦動出現的起始頻率對載荷敏感，輕載軸瓦，油膜渦動一般在一階臨界轉速之前出現；中載軸瓦，渦動一般在轉速以后產生；重載軸瓦，在油膜振蕩出現之前通常不會出現半速渦動；振動對溫度變動相對敏銳。(2)油膜振蕩：必須在工作轉速達到或超過二倍臨界轉速的時候，才會猛然形成，振動隨著油溫變動較大；油膜振蕩屬于自激振動，維持振動的能量由轉軸在旋轉中利用自激機理得到，和外部激勵沒有關系。油膜振蕩表現出慣性效應，假如出現的話，油膜振蕩會在相對寬的轉速區(qū)間內不斷出現，提高轉速，振動問題隨之消減，減少轉速，必須在轉速少于二倍臨界轉速之后消失[33]。2.3.5轉子碰摩轉子動靜碰摩就是旋轉機械中普遍存在的問題，一般被當做相關問題的衍生，被劃分成軸向徑向和軸向動靜碰摩兩部分，此處前者不只運動阻礙增多，此外產生的振動響應并不突出，基于振動研究法的問題振動無法對其進行辨別，一般使用其他方式判定。此后只對轉子徑向動靜碰摩振動理論開展大致研究。動靜碰摩和部件局部松動表現出類似的內容，都會改變系統(tǒng)的動態(tài)剛度（即便造成此變化的現實具體條件有所差異），不同之處就是，前者存在切向摩擦力，促使轉子形成渦動。轉子脅迫振動、碰摩自由振動與摩擦渦動重合起來，形成繁瑣的徑向碰摩獨有的振動響應頻譜率。因為碰摩力體現出較為突出的非線性特點（通常體現在充足的超諧波）。所以動靜碰摩和松動進行比較，振動成分的周期性明顯更弱，其中非線性更明顯。很多規(guī)模龐大的機組在轉子與靜子出現徑向摩擦現象的時候，振動頻譜一般是基頻分量，然而也存在2X、3X、4X等相關諧波分量，此處2X分量很大。摩擦的時候振動開始變多，此外相位隨之出現改變，相位變化屬于逆轉動方向。摩擦后假如轉子出現熱彎曲，此時降速過轉子利用臨界轉速的振動不斷放大[34]。在轉子出現動靜摩擦之后，降轉速或降負荷振動不會馬上減少，而是增加。必須在轉速或負荷減少到相應數值之后，振動開始緩慢減小，也就是振動變化表現出相應的滯后性。2.3.6軸裂紋轉子裂紋出現的因素一般是疲勞損傷。旋轉設備的轉子假如設計不合理（包括選材問題或結構問題）或者生產方式等問題，或者是運作時間太長的機組，因為應力侵蝕、疲憊、變形等，導致轉子原本存在誘發(fā)點的位置出現微裂紋，此外因為較大變動的扭矩與徑向載荷的不斷影響，微裂紋開始延伸，最后變成宏觀裂紋。最初的誘發(fā)點一般位于應力高此外材料存在問題的部分，比如軸上應力匯聚點、制造時期殘留的刀痕、劃傷處、材質出現細微問題（比如夾渣等）等部分。在轉子形成裂紋的早期，擴展效率并不高，徑向振動的幅值漲幅不大。然而裂紋的擴展速度開始伴隨裂紋深度的加深而持續(xù)增加，因此會發(fā)生振幅不斷提高的問題。特別是二倍頻幅值迅猛提高與有關相位的變動通常會提供裂紋的診斷詳情，所以使用二倍頻幅值與相位的發(fā)展趨勢來判斷轉子裂紋[35]。轉子出現裂紋之后的常見特點：（1）不同階臨界轉速和標準值相比更小，特別是在裂紋更大的時候最突出；（2）因為裂紋導致轉子剛度變動且不對應，導致眾多共振轉速的產生；（3）在穩(wěn)定轉速下，1X、2X、3X等不同階倍頻分量的幅值和有關相位不平穩(wěn)，其中主要是二倍頻分量最嚴重；（4）因為裂紋轉子的剛度不對應，導致對轉子完成動平衡更加艱難。2.4本章小結本章以煙氣輪機轉子不平衡和轉子不對中這兩種故障為主要研究對象，介紹了故障的危害性和故障原因。通過建立煙氣輪機轉子不平衡激振數學模型，研究了煙氣輪機轉子不平衡故障機理，并從幾何與動力學角度全面分析煙氣輪機聯軸器不對中故障相關理論。此外，對其他幾類典型故障的故障機理和特征進行了分析。第3章煙氣輪機及轉動設備的典型故障案例分析3.1YL煙氣輪機不對中故障1、煙機運行情況結合振動趨勢圖、頻譜圖、軸心位置圖、時域波形圖和多值棒圖各方面綜合分析，該煙機表象運行平穩(wěn)，但有振動惡化趨勢，密切關注，檢修時拆解檢查。歷史圖譜分析（一）煙機前軸振動趨勢圖反映出煙機在穩(wěn)定運行時，振動幅值不高；但頻譜圖高次諧波很豐富；軸心軌跡雜亂，略呈8字形狀疊加；波形圖有波峰凹陷；軸心位置有吃間隙現象。各種圖譜綜合反映出有軸系不對中和摩擦現象存在。反映出煙機在振動升高時，前軸東南主頻（不平衡）振動占主導，不平衡有發(fā)展趨勢；軸心軌跡更加呈現8字形狀；波形圖有波峰凹陷；軸心位置有吃間隙現象。各種圖譜綜合反映出有軸系不對中導致不平衡增大，隨即振動值增大。反映出煙機振動在逐步爬升時，振動幅值也逐漸增大（通過觀察實時連續(xù)點情況類似）；頻譜圖高次諧波很豐富，前軸東北向通道沒有主導頻率；軸心軌跡雜亂，呈8字形狀疊加；波形圖有波峰凹陷；軸心位置有吃間隙現象。各種圖譜綜合反映出有軸系不對中和摩擦現象存在。（二）煙機后軸后軸圖3-4、圖3-5和圖3-6三幅圖譜反映出，由于有不對中現象存在導致后軸不平衡現象加劇，主頻占主導，表現出1X振動的不平衡發(fā)生，后軸振動值高。圖3-7反映出在目前穩(wěn)定運行情況下，后軸西北通道1X、2X、3X頻率均不占主導，軸心軌跡雜亂，還是不對中導致的現象。3、近期圖譜分析（三）煙機前軸以上煙機前軸的不同時間段的截圖，反映出的現象與歷史數據有相同之處，均表現出高次諧波豐富；軸心軌跡呈現8字，波形圖凹陷，軸心位置有吃間隙現象。還是反映出軸系不對中現象，在振動趨勢抬起階段，煙機前軸東南通道主頻占主導，但高次諧波依舊存在。（四）煙機后軸反映出后軸振動高時，主頻占主導地位，但高次諧波依舊豐富。圖3-13表現出的現象一致。反映出，振動平穩(wěn)時，煙機后軸西北高次諧波部分主次，后軸西南，主頻占主導，高次諧波依舊豐富。（五）風機截圖圖3-17更能反映出軸系的不對中，在機組起動達到工作轉速，風機振動跳躍時刻，2X頻率占了主導，這是存在不對中的典型征兆。（六）多值棒圖通過實時多值棒圖，也反映出軸系不對中現象，風機、變速箱2X頻率引起的振動都比較明顯。另結合全息譜圖和全頻譜圖反映出有正反進動交替現象發(fā)生，這是不對中導致摩擦情況發(fā)生伴隨的特征。（七）分析結論：故障原因：該機組存在輕微軸系不對中現象。隨著煙機的持續(xù)運行，不對中導致摩擦產生，最后導致煙機不平衡加劇，振動加大。整改措施：1、密切觀察振動趨勢，若振動幅值逼近報警值，建議停機進行檢修，重點檢查軸系不對中；2、開工過程中在進油溫度高且加負荷的情況下，振動有波動的情況，在停機檢修時對前、后徑向軸瓦間隙進行復查調整，軸瓦直徑間隙為軸頸尺寸的1.2‰；3、提前對煙機前后軸承進行儲備，檢修時若發(fā)現煙機軸承磨損嚴重應該進行替換。（八）總結轉子不對中故障特征，故障原因及解決措施表3.1轉子不對中故障特征Table3.1Therotorisnotcharacteristicoffault特征參數平行不對中角度不對中綜合不對中時域波形1×頻與2×頻疊加波形1×頻與2×頻疊加波形1×頻與2×頻疊加波形特征頻率2×頻明顯較高2×頻明顯較高2×頻明顯較高常伴頻率1×頻、高次諧波1×頻、高次諧波1×頻、高次諧波振動穩(wěn)定性穩(wěn)定穩(wěn)定穩(wěn)定振動方向軸向為主徑向、軸向均較大徑向、軸向均較大相位特征較穩(wěn)定較穩(wěn)定較穩(wěn)定軸心軌跡雙環(huán)橢圓雙環(huán)橢圓雙環(huán)橢圓進動方向正進動正進動正進動矢量區(qū)域不變不變不變表3.2轉子不對中故障原因及解決措施Table3.2Therotorisnotinthefaultcauseandthevibrationreductionmeasures分類原因解決措施設計原因=1\*GB3①對工作狀態(tài)下熱膨脹量計算不準=2\*GB3②對介質壓力、真空度變化對機殼的影響計算不準=3\*GB3③給出的冷態(tài)對中數據不準=1\*GB3①核對設計給出的冷態(tài)對中數據=2\*GB3②按技術要求檢查調整軸承對中=3\*GB3③檢查熱態(tài)膨脹是否受限=4\*GB3④檢查保溫是否完好=5\*GB3⑤檢查調整基礎沉降制造原因=1\*GB3①材質不均，造成熱膨脹不均勻安裝維修=1\*GB3①冷態(tài)對中數據不符合要求=2\*GB3②檢修失誤造成熱態(tài)膨脹受阻=3\*GB3③機殼保溫不良，熱脹不均勻操作運行=1\*GB3①超負荷運行=2\*GB3②介質溫度偏離設計值工況劣化=1\*GB3①機組基礎或基座沉降不均勻=2\*GB3②基礎滑板銹蝕，熱脹受阻=3\*GB3③機殼變形3.215MW發(fā)電機組油膜渦動故障分析15MW發(fā)電機組輪箱、發(fā)電機（型號為表3.3發(fā)電機組設計技術參數Table3.3Designtechnicalparametersofgeneratingset發(fā)電機額定轉速r/min3000最大連續(xù)轉速r/min3000潤滑油溫度℃36-45潤滑油壓力MPaA1.0驅動端支承軸承類型滑動軸承非驅動端支承軸承類型滑動軸承驅動端支承軸承間隙mm0.26非驅動端支承軸承間隙mm0.26止推軸承類型滑動軸承止推軸承間隙mm0.20二、故障現象15MW發(fā)電機組于2016年5月開機運行，6月25日再次開機運行中發(fā)電機非聯端振動偏大，并一直持續(xù)，振動幅值最高達到135μm。三、故障分析下圖是發(fā)電機前后端軸承4個通道6月26日到7月10日的運行振動趨勢圖，分析可得，發(fā)電機后端軸承振動較前端軸承振動偏大，且振動能量主要集中在1X上，且在6月27日和7月2日振動幅值有較大程度的上升波動。圖3-22是6月27日振動增長時的頻譜分析圖，1X占主要分量，并伴隨2X、3X、4X分量，軸承運轉不良；圖3-23是7月2日振動增長時的頻譜分析圖，1X占主要分量，并伴隨0.5X、2X、3X、4X分量，油膜狀態(tài)和軸承狀態(tài)不佳，并與瓦背緊力和巴氏合金狀態(tài)有一定關系。下圖是發(fā)電機最近一次開機的Bode圖，分析可得，發(fā)電機后端軸承振動偏大。四、結論與建議通過以上分析，15MW發(fā)電機前后端油膜狀態(tài)不穩(wěn)定，且后端軸承的潤滑狀態(tài)不良。為了保證生產建議有機會停機檢查發(fā)電機前后的潤滑油壓力、溫度，以及后端軸承間隙和瓦背緊力。五、處理后的情況跟蹤機組于2017年5月停機檢維修一次，檢查15MW發(fā)電機前、后端軸承間隙和瓦背緊力，對潤滑油的壓力、溫度進行了適當調整，開機后發(fā)電機軸振降低，尤其后端軸承振動幅值大幅度降低，運行非常平穩(wěn)。六、總結油膜渦動故障特征，故障原因及解決措施表3.4油膜渦動故障特征Table3.4Faultcharacteristicsofoilfilmvortex特征參數油膜渦動油膜振蕩時域波形有低頻成分有低頻成分特征頻率≤0.5×（0.42-0.48）×常伴頻率1×組合頻率振動穩(wěn)定性較穩(wěn)定不穩(wěn)定振動方向徑向徑向相位特征不穩(wěn)定不穩(wěn)定（突發(fā)）軸心軌跡雙環(huán)橢圓擴散、不規(guī)則進動方向正進動正進動矢量區(qū)域變化變化表3.5油膜渦動故障原因及解決措施Table3.5Causesofoilfilmvortexbreakdownandsolutions分類原因解決措施設計原因=1\*GB3①軸承參數設計不合理=1\*GB3①核對設計給出的冷態(tài)對中數據=2\*GB3②按技術要求檢查調整軸承對中=3\*GB3③檢查熱態(tài)膨脹是否受限=4\*GB3④檢查保溫是否完好=5\*GB3⑤檢查調整基礎沉降制造原因=1\*GB3①軸承制造不符合技術要求安裝維修=1\*GB3①軸承間隙不符合要求=2\*GB3②軸瓦參數不當=3\*GB3③軸承殼體配合過盈不足操作運行=1\*GB3①油溫或油壓不當=2\*GB3②潤滑不良工況劣化=1\*GB3①軸承磨損=2\*GB3②疲勞損壞、腐蝕、氣蝕等3.3汽輪機不平衡故障分析一、故障現象機組開始運行后，汽輪機振值低于25μm，在啟機過程中，汽輪機整體振動偏大，機組轉速低于9000rpm時，汽輪機前軸振值低于50μm，后軸振值低于35μm；當轉速高于9000rpm上升到12000rpm左右時，汽輪機前軸振值未有上升，后軸振值上升為55/67μm左右。二、分析過程從上圖分析，振動主要能量是1X分量占主導。下圖是汽輪機停機的Bode衡性偏差。三、結論通過以上分析，判斷汽輪機轉子平衡性差。四、反饋結果行清理，做動平衡，開機后效果良好。五、處理后結果圖3-29是汽輪機檢修后的振動趨勢圖，其振動值低于30μm，降低了汽輪機的整體振動。六、總結轉子不對中故障特征，故障原因及解決措施表3.6不平衡故障特征Table3.6Unbalancedfaultfeatures特征參數原始不平衡漸變不平衡突發(fā)不平衡時域波形正弦波正弦波正弦波特征頻率1×1×1×常伴頻率較小的高次諧波較小的高次諧波較小的高次諧波振動穩(wěn)定性穩(wěn)定逐漸增大突發(fā)性增大后穩(wěn)定振動方向徑向徑向徑向相位特征穩(wěn)定漸變突變后穩(wěn)定軸心軌跡橢圓橢圓橢圓進動方向正進動正進動正進動矢量區(qū)域不變漸變突變后穩(wěn)定表3.7不平衡故障原因Table3.7Imbalancefaultcause原因分類初始不平衡漸變不平衡突發(fā)不平衡設計原因①結構不合理①結構不合理，易結垢②材質不合理，易腐蝕①結構不合理，應力集中②系統(tǒng)設計不合理，造成異物進人流道制造原因①制造誤差大②材質不均勻③動平衡精度低①材質用錯②光潔度不夠，易結垢③表面處理不好，易腐蝕①熱處理不良，有應力②人口濾網制造缺陷安裝維修①轉子上零部件安裝錯誤②零件漏裝①轉子未除垢①轉子有較大預負荷操作運行①介質帶液，造成腐蝕②介質臟，造成結垢①超速、超負荷運行②入口阻力大，導致部件損壞，進入流道③介質帶液，導致腐蝕斷裂工況劣化①轉子上配合零件松動①轉子回轉體結垢②轉子腐蝕①疲勞，腐蝕②超期服役表3.8不平衡故障解決措施Table3.8Unbalancedtroubleshootingmeasures初始不平衡漸變不平衡突發(fā)不平衡①按技術要求對轉子進行動平衡②按要求對位安裝轉子上的零部件③消除轉子上松動的部件①轉子除垢，進行修復②定期檢修③保證介質清潔，不帶液，防止結垢和腐蝕①停機檢修，更換損壞的轉子②停機清理流道異物③消除應力，防止轉子損壞3.4空分裝置空壓機組摩擦故障分析一、機組概況該空分裝置壓縮機為MCO1004+3BCL407，由汽輪機拖動。表3.9空壓機主要參數設計參數Table3.9Designparametersofmainparametersofaircompressor空壓機額定功率10663額定轉速6900設計流量127300一階臨界轉速2654進口壓力0.099出口壓力0.65軸振動報警值63.5軸振動停機值88.9表3.10增壓機主要參數設計參數Table3.10Designparametersofmainparametersofturbocharger增壓機額定功率6274額定轉速13172設計流量63150一階臨界轉速5036進口壓力0.602出口壓力6.637軸振動報警值59.1軸振動停機值82.7二、故障現象該空分裝置空壓機組于7月份開始出現間歇性波動，振動幅值逐次增加。7月31日曾出現一次通頻值波動，空壓機非聯端兩通道幅值接近70μm，在8月1日非聯端兩通道達到連鎖停機值，在停車過程中振幅最高曾達到383/171μm。三、分析過程從空壓機1X相位趨勢圖可以看出，在7月31日機組通頻值變化時，四通道的1X相位趨勢也發(fā)生了改變。對比空壓機連鎖前后軸承的波形頻譜圖，0.5X（40.28Hz）幅值明顯上升，連鎖時達到320μm，該頻率與轉子一階固有頻率耦合。查看空壓機的軸心軌跡圖，非驅動端曾出現反進動。四、結論根據相關頻譜分析，該空壓機存在摩擦故障，可能性較大位置為非聯端軸瓦，油擋油封處。停機對軸瓦部位進行處理。并檢查各級汽封及葉輪表面是否有摩擦，各部間隙是否合理，轉子表面是否有異常。停機后對空壓機轉