转子弯曲故障诊断实例

转子弯曲故障诊断实例

谢春燕

国家能源集团 宁夏煤业有限责任 公司煤制油化工安装检修分公司 宁夏灵武 750411

摘要：本文故障诊断实例来自化工单位真是的案例，对转子弯曲的故障特征进行了详细的分析和描述，同时验证了转子弯曲故障分析的结论，对旋转设备故障诊断有实际的参考意义。

关键词：汽轮机；故障；诊断；弯曲

1 设备基本情况

某公司裂解气压缩机由汽轮机驱动，采用离心式结构，三缸、五段、 15级压缩。汽轮机是抽汽凝汽式汽轮机，型号 EHNK50/63， 额定功率 35122kW，额定转速 5495rpm，正常转速 4671-5700rpm， 进汽压力 11.5MPa，进汽流量 214t/h，抽汽压力 4.2MPa，抽汽流量 140t/h。汽轮机一临界 3050rpm（理论），实际 2900 左右。2020年5月对汽轮机进行大修，更换了汽轮机转子，调整了排气侧轴瓦间隙。裂解气压缩机型号为 2MCL1004 中压缸+DMCL1004 低压缸+2MCL907 高压缸。其中，2MCL1004 中压缸，入口流量170074Nm3/h，入口压力 0.230MPa，出口压力 0.895MPa，叶轮背靠背布置，直径 1000mm；DMCL1004 低压缸，双吸，入口流量173905Nm3/h，入口压力 0.127MPa，出口压力 0.266MPa，叶轮为背靠背布置，直径 1000mm；2MCL907 高压缸，入口流量10281Nm3/h，入口压力 0.854MPa，出口压力 3.955MPa，叶轮背靠背布置，直径 900mm。三缸、五段、15 级压缩，干气密封。2020年5月对汽轮机进行大修时，压缩机未进行任何检修。

2 机组故障情况说明

2020年6月，裂解气压缩机组在经过大修后冲转启机，但连续2次启机均因汽轮机振动过大而跳机。汽轮机振动报警值63.5um,联锁值88.9um。第一次启机升速至700rpm后暖机30min，接着升速至1500rpm暖机15min，再次升速至3800rpm运行5min跳机。第二次启机升速至700rpm暖机30min，升速至1500rpm暖机25min，再次升速至4700rpm运行15min跳机。

3 机组故障特征分析

分析机组两次启机过程中相关图谱，故障特征几乎相同。分析启机转速及振动趋势图，启机过程中在1700-3500rpm范围内没有出现一阶临界转速，或者一阶临界转速范围发生了变化。转速从 1500 升到 4600 后，转速未增长，振动趋势逐渐增长，趋势变化的主导频率为 1×，其他成分分量很微小。机组跳机后惰走过程中，当转速降低时振值还在持续升高，在慢转速状态下（500rpm）汽轮机高压侧振值依然在70μm左右。分析轴心轨迹及波形图，汽轮机高压侧振动波形图存在较明显的削波现象，轴心轨迹图上存在不光滑的棱角。

汽轮机第一次启机高压侧振动趋势及频谱图

汽轮机高压侧轴心轨迹及波形图

4 机组故障诊断结论

分析认为透平转子在试车前有轻度弯曲，或者汽轮机暖机过程中转子与缸体膨胀不一致，造成高压侧发生碰磨，从而导致转子局部过热发生临时性弯曲。

5 机组故障验证

通过延长暖机时间，降低汽轮机上下缸温差后，机组第三次启机，升速至700rpm暖机30min，升速至1500rpm暖机15min，升速至1800rpm暖机60min，升速至4200rpm暖机20min，升速至最小工作转速4700rpm稳定运行，启机成功。本次从启动开始，透平轴振值趋势有一个逐渐下降的过程，从 95μm 逐渐随暖机时间推移，逐渐降低至 20μ左右。趋势变化的主导频率为 1×。现场发现汽轮机保温不良，因机组经多次检修，上下缸保温层多次拆装，有部分损伤丢失；下缸保温效果不好，保温材质采用国产材料，保温性能较差。

6 结束语

转子弯曲分为临时性弯曲和永久性弯曲，转子弯曲与质量不平衡的故障特征较为相近，但是故障机理是不同的，转子弯曲是指各横截面的几何中心连线与旋转轴线不重合，引发质量偏心从而引起的振动，此案例是一个较为典型的临时性弯曲故障实例。

汽轮机3次开车过程振动趋势图

参考文献：

[1]杨国安. 机械设备故障诊断. 中国石化出版社，2016.

作者简介：谢春燕（1986.2-），宁夏盐池人，硕士研究生学位，2009年参加工作以来主要研究方向为化工设备（压缩机、汽轮机，发电机等旋转设备）在线监测与故障诊断。