大型旋转机械状态监测与故障诊断

大型旋转机械的状态监测与故障诊断

大型旋转机械作为连续化工生产的单系列心脏设备，对其运行的可靠性有非常高的要求，要求它在装置的运行周期内必须稳定的运转。对其进行准确的状态监测和故障诊断就显得尤为重要，必须随时准确的掌握其运行状态，并且在其出现异常时，能够准确的分析出异常原因，找出对策。再不影响其安全运行的基础上进行故障运行或进行特护，以优化生产与设备维护的时间。

本章节对公司内普遍采用的在线及离线状态监测与故障诊断系统作一介绍，并对机组出现的常见故障作一些介绍，并根据经验，教授一些实际处理问题的方法。

第一节：基本参量与监测系统

一部运转的机器，都伴有振动信号的产生，它的变化常常隐含着初期故障特征信号，因此需

对振动信号进行监测，这种监测方法有以下特点：

1. 方便性：

利用现代的各种振动传感器及二次仪表，可以很方便的检测出设备振动的信号。

2. 在线性：

监测可以在现场以及在设备正常运转的情况下进行。

3. 无损性：

在监测过程中，通常不会给研究对象造成任何形式的损坏。

但是一部机械是非常复杂的，仅仅靠振动信号来判断它是否正常，显然不够，这就需要对它多方面进行了解，亦即需要对多方面的参量进行测量。每一种故障在下列参数上均有不同表现，因此测量以下基本参数，再通过分析，可以掌握机器的运转状态。

基本参量

一. 振动参量

1. 振幅

振幅值有三个单位，即振动位移（卩m）,速度（mm/s）,加速度（mm/s2）,都是振动强度的标志, 用来表明机器运行是否平稳，振动位移是通过非接触式的电涡流传感器直接测量的轴与轴承座（探头安装的基础）的相对位移量。

振动速度与加速度是通过测量机壳而得到的振动数据。振动速度是通过惯性式速度传感器

（磁力线圈）测量的,而加速度是通过压电式加速度传感器测量的,振动位移,速度,加速度

三者之间的关系是微积分关系D=/ vdt= fjadt。三者在实际应用中是相辅相成的，有时对异常

的信号需要对两个参数进行测量，以求精确的掌握机组运行状态。

2. 频率

振动频率常表示为机器运转的倍数，其原因主要是机器的振动频率趋向于机器的整数倍或分数倍。下面简单介绍一下几种振动与频率的关系。

a）强迫振动问题：

指由外来确定的扰动力应起的振动问题，而振动本身并不反过来影响扰动力，比如由于质量不平衡引起的强迫振动，发电机转子不均匀磁拉力而引起的强迫振动。强迫振动问题的特点在于强迫振动的频率总是等于扰动力频率。由质量不平衡力引起的强迫振动其频率恒等于转速。由3000 rpm二极发电机不均匀磁拉力引起的强迫振动，其频率为6000rpm 即100Hz,

b）自激振动问题：

第二类是属于自激振动问题。自激振动的引起归之于转子-- 支承系统中存在某一机械能量办反馈环节。这一反馈环节使转子从转动中获取能量，并转变为某一特定频率下的横向振动能量

（一般不等于转速），而这一横向振动又通过反馈环节进一步从转动中取得能量，从而加剧了横向振动，直至获取的能量等于消耗于阻尼的能量，则振动稳定在某一极限环上。实际上，有时自激振动未到达极限环之前，转子已不允许再运转或已引起破坏。这些在转子-- 支承系统中出现的自激振动现象有油膜半速涡动和油膜振荡；由于转子的内阻而引起的不稳定自激振动；由于动静部分间的干摩擦而引起的自激振动以及由于不均匀蒸汽泄漏所引起的气隙振荡（蒸汽轮机）等等。

c）非定常强迫振动问题：

第三类是属于非定常强迫振动。这一类问题在性质上是属于强迫振动，因为振动仍然是由外来扰动力所引起的，而且与扰动力具有相同的频率。但不同的是振动本身又反过来影响扰动力的大小与相位。这样，它虽属强迫振动，但强迫振动的幅值与相位是在变化的。比如转子轴上某一局部出现不均匀热变形，它相当于给转子增添了不平稳质量，从而使强迫振动的幅值和相位都发生了变化，而当强迫振动的幅值和相位发生变化时，反过来又影响转子轴上局部不均匀热变形的部位。这样，表现出来的强迫振动，其幅值和相位都在连续不断地变化。这里暂且将这类强迫振动称之为不定常强迫振动，并单列为一类。

3. 相角

就是利用键相器描述一特定时刻转子的位置，通过这一相角，可以确定转子的平衡状态及转

子上残留的非平衡重的位置。在故障诊断中，相角具有很大作用，在一些不同的故障中，相角 有不同的特点，比如在关于不平衡及不对中的区分中。有时相角的测量与比较是影响测量判定 效果的直接因素，通过测量同一轴承座各个方向上的相位角及两端轴承座上各测点的相位角， 为准确判断提供了依据。

4.振动形式

振动形式是显示在示波器上的原始振动波形，有两种形式:

5.振型

转子在一定转速下，沿轴向的一种变形。

」 宀中，介曰.

-.位置参量

1. 轴在轴承内的径向位置

径向位置是指转子在轴承内的径向位置。 在出现重大负荷情况下，因偏心较大，振幅并不增 大，但可能由于偏心太大而发生故障，在这种情况下必须及时检查偏心位置，才能做出早期预 报，径向位置的检查非常简单，只需察看电涡流传感器反应的间隙电压即可。

2. 轴向位置

转子运行中的轴向位置关系到机器的安全运行。 在监测中对同一监测点一般选用两只以上的 探头同时监测。它能比较容易的反映止推轴承的工作情况。

3. 偏心度峰一峰值

测量转子静态时的弯曲量，特别是发电用大型蒸汽透平机，在启动时必须测量转子静弯曲量。 当低于允许的弯曲量时，可以启动，以防止引起密封件与转子之间的摩擦。另外在往复式压缩 机的连杆（水平式）上，有时安装探头，以测量其下降程度，以便监测活塞托瓦的磨损量。

振动的时域波形:

轴心轨迹:

4.差涨，机壳膨胀，对中（各机壳之间）

三.其他测量参数

1.机器的转速

用以找出振动与转速的关系。

2.温度

这是机械的重要参数，轴承处温度能直接反映轴承工作状况。

3.相关性

测量各工艺状况参数（T、P、V）及其它一些可能影响机器运行状态的外部参数，分析它们的相互关系对优化生产维修时间、帮助决策有很大作用。

监测系统

监测系统分为离线监测系统和在线监测系统，它们在实际工作中相辅相成，不可或缺。

一.在线监测系统

对机组运行参数进行不间断监测的系统。我们以公司大机组普遍采用的Bently监测系统来

进行说明。

其特点是：能够连续的监测机组运行状态，而且与联锁保护相连；另外，新型号的表还附加了后续故障诊断系统，但是价格昂贵；测点固定，监测手段固定，时实数据丰富，分析手段较少，数据管理性较差。

• •离线监测系统

一种巡检系统，在机组需要时进行测试，以明确机组的运行状况或判断设备故障。离线状态监测的分析手段很多，较在线系统有很多优点，诸如使用灵活，分析精密，数据便于管理等，而与在线监测相比则缺少了监测的连续性。下面就介绍一下我公司的离线监测仪器及系统。

:.在线监测系统与离线监测系统的相互关系

我公司的大型机组，绝大部分带有Bently监测系统，对机组进行实时在线监测与保护。对于出现异常的设备，采用专用仪器（离线手段）通过在线系统进行数据采集与故障分析。对于特护的设备，离线手段可以临时实时服务于现场，以监测故障部位的运行有是用于机组的开停