大型透平压缩机组叶轮裂纹故障的监测分析与诊断

逯梅钘

中石油北京天燃气管道有限公司

大型透平压缩机组叶轮裂纹故障的监测分析与诊断

逯梅钘

中石油北京天燃气管道有限公司

在总结前人理论实践的基础上，依托设备状态监测系统采集的实时数据，结合压缩机故障振动机理和转子动力学原理，应用故障正向推理的方法，精准判断机组异常振动由罕见的叶轮轮毂裂纹故障所致。鉴于目前学术界对叶轮周向运动的机理研究很少，本文主要阐述该故障现象及征兆，深入分析故障发生、发展过程，研究探讨故障机理与机组振动的作用关系，期望对透平压缩机组类似故障的监测分析起到一定的参考作用。

透平压缩机；纹故障；监测与诊断

为提高机组的使用安全性，目前大型旋转机械的状态监测己经普遍被采用，随着设备的定期维护向设备的视情况维修的发展过程中，设备的故障诊断技术受到了普遍的重视，并不断的发展。随着通讯与网络技术的发展，人们不再满足单机的诊断技术，希望诊断技术能够共享，以解决更多的机组故障，因此联网成为诊断技术发展的必然趋势。

1 透平压缩机组

异构化循环氢压缩机的主要作用是为装置输送异构化反应所需的含氢气体，携入及带出反应热量，维持床层温度，抑制催化剂结焦。

该压缩机由沈阳某公司制造，型号为BCL906，采用为垂直剖分锻钢壳体筒型结构，支撑轴承采用5块可倾瓦液压滑动轴承，推力轴承布置于压缩机吸入口非驱动端，采用KINGSBURY型轴承，整个压缩机具有结构紧凑﹑维护方便等特点；原动机采用背压式汽轮机，由杭州汽轮机股份有限公司制造。循环氢气体经6级串联压缩后，从入口0.745MPa(A)增大到出口0.970MPa(A)。压缩机相关参数如表1所示。

2 故障监测和诊断分析

2.1 机械振动监测系统与方法

振动测量仪器与系统通常是由测振传感器﹑测量放大器和信号处理装置等组成，测振传感器的作用是把被测对象的机械振动量位移﹑速度或加速度在要求的范围内正确地接受下来，并将此机械量转换成电信号输出或显示出来。测振传感器的种类很多，主要有三大类①位移式传感器②速度式传感器③加速度传感器。对于旋转机械的状态监测，最常用的传感器是相对位移的电涡流传感器，对一般通用机器的状态监测，大多采用测量绝对振动的压电晶体加速度传感器。

2.2 转子振动故障诊断

由引起转子产生振动的激振力可分为强迫振动和自激振动转子强迫振动的激振力有转子不平衡离心力和气体激振力等，转子自激振动的激振力有油膜对轴产生的作用力﹑密封产生的气动力等。强迫振动的激振力和自激振动的激振力的区别在于，强迫振动的激振力的大小与轴的位移无关，例如不平衡离心力的大小仅与转子的重心偏移和转速有关而自激振动的激振力的大小与位移有关并构成函数关系，位移越大，这种自激力也越大。

2.3 大型透平压缩机组故障诊断及维修决策辅助系统研究

1)故障诊断及维修决策辅助系统初步设计。系统的关键部件均采用高可靠性的进口部件，通讯网络采用高速光纤网，网络布线严格按工程规范实施。软件系统的开发依照软件工程思想，采用国际流行的组件技术进行设计和实现，并进行严格测试。操作系统要运行稳定。为了防止网络病毒侵入系统，影响系统的正常工作，系统中所有采集站﹑分析站和服务器都安装了防火墙和杀毒软件，并实现网络在线升级。

2)故障诊断及维修决策辅助系统装置介绍

网络的拓扑结构。该系统由分站﹑总站构成，各分站采用有线局部网络星型拓扑结构，网络协议采用802.3的以太网协议，分站与总站之间采用光纤连接。

配置。该软件由总站的系统组态软件﹑监测和诊断软件﹑分站的系统组态软件﹑监测显示和分析诊断软件﹑采集工作站的采集﹑采集控制与数据管理软件等组成，其相应部分分别安装在振动信号采集工作站﹑监测工作站﹑分析工作站上。在分厂系统内各工作站之间的数据交换是在WINDOWS95平台下，以WORKGROUP方式进行；在总站与分厂系统之间的数据交换是通过总厂的FDDI光纤网上进行。

数据管理。由于在线监测诊断系统是一天24小时不间断地对所有机组和测点进行监测的，必然有大量的数据被采集和传送过来，为了便于今后对这些数据进行回顾和检索，从而研究机组运行的趋势，必须对这些数据进行必要的管理。数据管理软件是将前期采集的数据分门别类的进行存储和管理。主要包括：长期数据管理：由组态文件设定，每间隔1小时或2小时或6小时，存储一组数据文件。日常数据管理：由组态文件设定，每间隔10分钟或20分钟或30分钟，存储一组数据文件。短期数据管理：由组态文件设定，每间隔1分钟或2分钟或5分钟，存储一组数据文件。启停机数据管理：在升/降速阶段，按照传统，每间隔20rpm，存储一组数据文件；在盘车暖机阶段，每间隔10分钟，存储一组数据文件。

3)故障查找。揭缸检查发现压缩机第5级叶轮轮毂出现1mm宽的裂缝，多处梳齿密封均磨损，证实之前分析结论。压缩机轴瓦均完好无损﹑叶轮未发生冲蚀和无严重积垢现象﹑除第5级叶轮外转子组件未出现松动迹象，测量转子上各部位的径向跳动均为正常，也证明了本文分析推理的准确性。打磨梳齿密封﹑更换叶轮后，压缩机顺利通过临界转速区，机组运行平稳至今。

综上所述，依据旋转机械故障机理和转子动力学原理，采用正向推理分析状态监测数据，逐项排查异常振动的诱导因素，最终确定压缩机异常振动是由叶轮轮毂开裂导致过盈转动失效，迫使叶轮在负荷变动时相对转轴发生周向运动。借助状态监测系统数据，精准分析故障原因，避免了一次盲目开车带来的严重安全事故。

[1] 罗传武.状态监测与故障诊断系统在大型化工机组上的应用[D].大连理工大学，2013.

[2] 肖庆来.大型透平压缩机组故障诊断及维修决策辅助系统[D].大庆石油学院，2005.