烟气轮机在线监测分析研究 电子信息专业

摘要为了加强对关键设备的管理及预测维修，需要大力开展设备的状态监测及故障分析工作，特别是在线状态监测工作。机组作为整个系统的重要部分，其运作状况显著影响系统的运作周期与能源损耗，运行顺利，不只可以节约电力，减少资源损耗，此外还可以确保所有机组的顺利运作，进而保证设施的正常生产。本文烟机在线状态监管和问题诊断技术的应用研究作为切入点，通过在重油催化装置的烟气轮机和众多规模庞大的机组在线状态监测的应用，全面分析烟气轮机的重要问题：转子不对中、不平衡、轴弯、油膜涡动、转子碰摩、轴裂纹等，分别从故障危害性、故障原因分析以及特性分析角度进行分析。通过现场的在线监测系统结合实际故障案例得出了不对中、不平衡、摩擦以及油膜涡动的故障特征，故障原因及解决措施，深入研究了各种故障的特征图谱。总结了烟气轮机故障诊断中常见的分析方法：时域诊断法、传统谱分析法、轴心轨迹分析法。通过对故障的分析，结合停机修理的结果与分析研究，最终推断出各种类型的数据和图谱所对应的不同故障类型，对于烟机转子及一、二级静叶密封结构进行了改进，降低了设备的故障率，机组实现了长周期平稳运行，对关键设备进行预知性维修，最终得到了满意的效果，取得可观的经济效益和社会效益。关键词：烟气轮机；在线监测；故障诊断；诊断技术应用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目录工程硕士学位论文独创性声明 I工程硕士学位论文版权使用授权书 I摘要 IIABSTRACT III引言 1第1章在线监测发展现状及故障诊断技术的发展 31.1国外在线监测发展 31.2我国设备状态监测和故障诊断技术发展概况 41.3状态监测和故障诊断的基础技术 41.3.1设备故障诊断技术的发展 41.3.2旋转机械状态监测与故障诊断中信号采集与分析技术的发展 51.3.3设备状态监测技术的发展 61.4本文的主要研究内容 7第2章烟气轮机主要故障形式 92.1烟气轮机的简介 92.2烟气轮机的测点布置 112.2.1振动测点布置原则 112.2.2烟机远程采集系统的采集参数 122.3烟气轮机的故障形式 122.3.1烟气轮机转子不对中故障 故障危害性 故障原因分析 特性分析 142.3.2烟气轮机转子不平衡故障 故障危害性 故障原因分析 特性分析 162.3.3轴弯曲 182.3.4油膜涡动及油膜振荡 油膜涡动 油膜振荡 油膜涡动及油膜振荡的故障特征 202.3.5转子碰摩 222.3.6轴裂纹 242.4本章小结 24第3章烟气轮机及转动设备的典型故障案例分析 253.1YL烟气轮机不对中故障 253.215MW发电机组油膜涡动故障分析 363.3汽轮机不平衡故障分析 413.4空分装置空压机组摩擦故障分析 46第4章烟气轮机故障分析方法及改造 524.1时域诊断法 524.1.1时域幅值分析法 524.1.2时域波形分析法 524.1.3时域平均法 534.2轴心轨迹分析法 534.2.1轴心轨迹合成算法 544.2.2轴心轨迹的诊断参数 544.3传统频谱分析法 554.4烟气轮机升速及停机轴心轨迹趋势分析法 564.5烟机的改进及取得效果 574.5.1烟机的改进 574.5.2催化工艺上改进 604.6本章小结 61第5章结论 63参考文献 64致谢 67个人简历 68引言为了加强对关键设备的管理及预测维修，需要大力开展设备的状态监测及故障分析工作，特别是在线状态监测工作。机组作为整个系统的重要部分，其运作状况显著影响系统的运作周期与能源损耗，运行顺利，不只可以节约电力，减少资源损耗，此外还可以确保所有机组的顺利运作，进而保证设施的正常生产。但是，如果一旦某处发生故障，将会引起链式反应，不但损失能量，造成装置停工，甚至带来严重的灾难性后果。目前当代科技持续发展，大型机组也开始表现出大型化、自主化、高效化与复杂化等特征，突发性问题频繁出现，现实状态监测与故障诊断更加复杂，所以开展机组状态监管和问题诊断，按时查找停机因素与设施问题，使用高效的举措十分重要。要想处理生产时期的全部问题并不现实，假如在本地故障诊断系统不能处理的时候，使用Internet访问远程故障诊断系统，就能完成机组远程高效在线监测与故障诊断，降低维护成本，减少花费的时间，此外还可以寻找出设施存在的其他问题，实现更高级的诊断。所以，对机组开展高效的在线状态监测与故障诊断，就可以尽早寻找到设备出现的初期问题，且依照故障发展走势开展预估、预报，使用预知维修，表现出积极的社会与经济意义：（1）节省电力，降低能耗，尤其是润滑油及动力设备的燃料消耗；（2）延长设备大修周期，降低小修频率，增加机组的使用寿命，提高设备的利用率；（3）减少服务费用的支出，实现技术资源共享，提高市场竞争力；（4）预防严重事故，避免社会危害，保证装置生产安全进行；（5）提高设备综合管理水平，提高运营经济效益，以适应现代企业管理的要求。现有三套大机组远程在线监测系统，它们分别是:大连圣力来公司的DMS9000系列在线监测系统（4台）、深圳创为实公司的ALSPA®Care工厂监测诊断平台S8000（18台）、北京化工大学的大型旋转机械实时远程监测与故障诊断系统BH5000（96台）。这三套远程在线监测系统共承担着118台机组的远程在线监测任务（其中离心机组84台，往复机组34台）。在线监测系统创造了较大的经济、社会效益。①经济效益。应用在线监测与诊断系统及时监测烟机的运行情况，避免非计划停工，造成整个装置的能源损失，每年节约大量原料。通过及时排除潜在故障，可有效降低维修和部件更换费用。根据监测结果决定是否大修，延长设备使用寿命，节约大修费用。以烟气轮机为例，如平均缩短检修时间5天，可多发电96万千瓦时，按工厂用电价格0.5元/度计算，可创效48万元。因此，带来的经济效益是巨大的。②社会效益。通过应用故障诊断系统，可在初期寻找到存在的问题征兆，尽早使用防范手段避免问题扩散，避免突发性意外问题的出现，确保设施的顺利运作，提高设备维修管理水平。通过应用，对机组维护与管理工作起到了实际有效的促进作用，为设备管理人员进行日常维护提供了重要依据。也得了一些创新性成果，表现为建立了一套设备诊断标准，形成了一套科学化的设备在线监测和智能诊断体系。第1章在线监测发展现状及故障诊断技术的发展1.1国外在线监测发展国外状态监测与故障诊断系统研发历史状态监测和故障诊断系统主要依照主体的特征,通过目前存在的与之相关的技术研发而设计的完善系统[1]。依照多种状态监测和故障诊断系统产生的时间顺序,需要把其划分成四部分:①便携式检测仪表与研究仪器②在线监测仪表系统③计算机监测研究和诊断系统④智能诊断系统[2]。此处前两种系统仅仅是监测和问题诊断仪器,后两种系统才是真正的监测和诊断系统。便携式检测仪表与研究仪器是最初产生的检测设备,其现实作用是对检测主体的部分关键运作参数开展测试,研究人员依照测试得出的信息判断主体的运作情况。比如:振动与温度测量仪等多个部分,制造公司是丹麦B&K、瑞典SPM、IRD等国际知名企业[3]。在线监测仪表系统是紧接前一种设施产生的针对于某现实对象的专门的诊断系统,主要使用在实时监测运作状态的工业系统。具备较高知名度的系统是:美国BentlyNevada企业的7200系列,9000系列,3300系列;Philips企业的11MS700系列和申克企业的VIRROCON-TROL系列;瑞士Vibro-MetCr企业的MMS系统等[4]。计算机监测研究和诊断系统也随之产生,主要是因为携式检测仪表与分析仪器与普通的在线监测仪表系统不能达到现实中故障诊断的全部需求。上述系统不只能在线全面监测众多系统的运作情况，此外还能依照实际测试信息,进行越限报警、实时在线研究。比较重要的产品为:美国BentlyNevada企业的Trendmaster2000系统;日本三菱企业的HMH系统;瑞士Vibro-Meter企业的Vibro-Turbo系统;加拿大CSI3100系统等[5]。智能诊断系统,就是在一般故障诊断科技的前提下，根据人工智能科技的分析结果而设计的自主化诊断系统。上述系统出现的时间并不长，也是新兴产物,美国在二十世纪八十年代之后，最先在此部分进行研究,设计出众多高质量的诊断系统。比如,BentlyNevada企业的DMS（DataManagerSystem）系统在原本仪表系统（比如9000系列,7200与3500系列）的框架上,陆续设计生产出具备在线状态监测,研究与故障诊断作用的高规格且完善的系统[6]。DMS系统的故障诊断作用一般需要工程师辅助系统EA(EngineerAssistSystem)配合。此系统主要是在知识库和用户规则库的逻辑推理式专家系统前提下,利用筹集的机组状态信息,且根据用户填写的机组最初结构信息,对具体问题,问题定位,问题详情与未来趋势进行判断且得到最终结果(附加故障置信度)与具体过程详情。DMS系统得到较高的经济收益,被当做此类智能监测诊断系统顺利发展的重要典型。我国监测诊断科技主要是借鉴其他国家的先进科技，继而不断消化、吸收得到的。1.2我国设备状态监测和故障诊断技术发展概况在二十世纪八十年代，设备状态监测与故障诊断科技从早期认知进入到实践时期，将借鉴西方国家的领先科技与经验当做重点，对部分故障机理、诊断方式与简单监测诊断仪器开展论述与分析[7]。1983年，有些部委开始创建单独的分析组织，比如化工部振动检测组织、中国石化总企业设施状态监测组织、冶金部设备诊断分析组织等。随后在北京创建中国设备管理组织；1985年中期在郑州创建中国机械设备诊断技术学会；1985年底开始在上海举办与之相关的技术使用宣传会议；1986年中期在沈阳举办首届中国机械设备诊断技术学会年会暨国际学术会议[8]。上述机构与组织专注于全面传播国内在此行业得到的众多研究成就，全面探索设施状态监测和故障诊断在各个国家的发展趋势，进一步促进了学科的稳定发展，此时其为国内社会经济发展提供便利[9]。现在国内设施状态监测和故障诊断技术能力和西方国家的差异开始被明显缩小，在很多部分，比如规模庞大的旋转机械在线状态监测与研究系统、机泵群状态测试等，就能进一步达到现实生产需求，甚至和全球领先水平接轨[10]。在机械与力学领域的研究中，形成非常关键的分支，也就是设备故障诊断学[11]。现在，国内机械设备状态监测和故障诊断逐渐得到众多研究成果，开始被各界人士所关注，理论知识充足，是具备现实发展前景的复杂学科[12]。对机械设备状态监测和故障诊断活动开展分析逐渐被众多公司所关注。1.3状态监测和故障诊断的基础技术1.3.1设备故障诊断技术的发展设备故障诊断的过程有三个主要步骤：即信号测取、征兆提取和状态识别。结合这三个步骤及设备故障诊断技术的发展来看，故障诊断技术经历了二个阶段：第一阶段是以电子技术，传感器技术，计算机技术为基础，以各种信号处理为手段的发展阶段[13]。这一阶段最为突出的特点是各种检测方法和信号处理手段的大量涌现，极大地丰富了设备故障诊断技术的内容，产生了铁谱、光谱、振动、噪声、声发射、红外成像、性能监测等测试技术，发展了状态空间法、对比法、统计分析法、故障树法、模糊评判法、灰色关联度法、时序分析等多种信号处理手段。传统的傅立叶谱分析也发展到短时傅立叶分析、Wigner谱分析、小波变换等多种信号分析形式，大大弥补了传统分析方法的不足[14]。这些技术在齿轮箱、滚动轴承、压缩机、汽轮发电机组等回转机械，船用和车用发动机、内燃机车等往复运动机械以及工程结构、管道、钢丝绳、液压系统等设备的故障诊断中得到了实际应用，获得很大的经济效益。然而同时在实际应用中也碰到了较大困难，常常会有这种情况，采用昂贵的数据采集和信号分析设备所得的分析诊断结果还不如凭有关领域专家的经验得出的结论正确，这就迫使人们考虑人类长期以来所积累的经验知识在故障诊断系统中的应用。人工智能技术的发展，特别是专家系统和人工神经网络在设施诊断中的使用，为此类技术的未来发展与智能化水平的提升提供方便，使诊断技术的发展得以从常规诊断技术的阶段进入到第二阶段，即以人工智能技术为核心的智能诊断技术阶段[15]。这种发展较好地解决了设备诊断过程的第三阶段的问题，即判别设备所处的状态和故障的性质及发生故障的部位。事实这也是设备诊断的目的所在，智能诊断技术实现的关键。在这一阶段中，原来以数值计算和信号处理为核心的诊断过程将被以知识处理与知识推理为核心的诊断过程所代替。同时在这一阶段中，诊断技术的发展将由过去单纯的监测、诊断向监测、诊断、管理、和调度的集成化方向发展，监测、诊断将直接服务于设备的维修、管理乃至参与生产的调度，变定期维修为视情维修。随着微电子技术、计算机技术、各种信号处理方法、转子动力学和当代公司治理方式的分析与发展，设备故障诊断技术在近年获得更加蓬勃的发展[16]。1.3.2旋转机械状态监测与故障诊断中信号采集与分析技术的发展大型旋转机械振动信号研究的主要目标是选取转子运作的状态数据，高效的信号处理与运作信息的提取是开展此类监测与故障诊断的重点。现在，与之相关的处理方式类型众多，比如倒频谱研究、双谱研究、Wigner研究等[17]。然而，对于规模庞大的旋转机械振动信号处理与故障诊断来说，现在依旧要使用FFT谱分析开展妥善的处理，提取转子运作状态变动与相关故障问题。和FFT频谱相融合的时域研究方式主要是轴心轨迹、时域波形研究与用在转子机械启停车信号研究的瀑布图、Bode图、Nyquist图[18]。为了全面提取所需要的运作数据，基于FFT的谱研究，R.B.Randall，提取谱的趋势研究；BrianR.Humes把一倍频与二倍频的幅值与相位融合制造极坐标图，创建矢量监测图(VectorMonitoringPinpoints)，监管运作转速下一倍频与二倍频响应向量的变动，进而寻找转子机械状态的变动；I.Iman提取Histogram信号研究科技(HistogramSignatureAnalysisTechnique)，把日常运作状态中的转子振动时域波形和故障状态下转子振动时域波形相减，之后得到FFT频谱，其主要体现出故障问题造成的转子振动信息[19]。即便在大型旋转机械的应用中，转子振动信号的FFT频谱研究法也是应用最普遍的方式。然而使用FFT计算频谱只能选取振动信号内的一部分且进行周期化（频率离散化），随之产生泄漏与栅栏效应。进而导致振动信号的研究精度不断降低。1.3.3设备状态监测技术的发展设备状态监测包含传感器、数据筹集与计算机信号研究三类子系统[20]。监测系统一般是提供稳定的设施运作状态信息，所以是故障诊断的重中之重。其他国家大部分经历专用便携式数据筹集、分析诊断仪器到不同层次的状态监测、研究和故障诊断系统，之后发展到使用专家系统开展故障诊断。在此类技术发展的多个时期，监测系统也承担多种责任。在早期发展的第一阶段中，因为此时大多数使用离线研究，监测系统所担负的任务量不多，此刻监测系统一般承担测试任务，当然这时主要是针对结构简单的零部件的简易诊断。目前系统复杂度持续提升，相关技术也开始进入智能时期，需要使用功能强大的实时在线监测科技达到现实需求。而要实现实时在线监测，必须提供以下保证：A高速数据采集此部分重点是确保监测系统紧跟设施运作状态的变化速度。比如对汽轮发电机组来说，不只要筹集稳态工况下的信息，此外也需要筹集启停机等过渡环节的信息。由于相位关系在旋转机械的故障诊断中也具备重要的作用，为确保此类信息的精准性和稳定性，需要全面对有关通道的信号进行无相差筹集，此刻必须使用此采集技术才可以达到相关标准[21]。B高速数据的缓冲技术智能诊断一般面向规模庞大的机械设备，为了确保智能诊断，装置的测点一般是几十或者上百个，如此导致数据传输任务不断增多，因为监测系统不同环节之间速度不对应，导致数据传输遇到阻碍。使用存储器缓冲科技可以妥善此类问题，主要实现手段是FIFO与双端口RAM技术等[22]。C实时分析为了监管且预估设施运作时期也会出现的问题，提出监测系统需要呈现出实时研究的作用，实时研究可以确保数据筹集与处理共同开展，确保实时研究的主要条件是数据处理时间少于采样间隔的时间。目前高速专用器件产生，此技术开始得到普遍使用，在现实使用中因为成本的限制，一般使用折衷方式——巡检方式来确保双方对应[23]。D分布式的体系结构因为监测主体的规模化，需要管理的信号量也不断增多。此外，不同信号的监测速度差异较大，比如一般谱巡检只需要大概5秒，而为精准辨别开关量的变动情况，需要每隔1毫秒就查找具体状态。很明显使用集中式监测体系结构并不科学，因此需要使用此结构。分布式系统就是通信科技、计算机科技与控制科技三缤纷融合的结果。其主要使用在大多数是局部处理，且只有少量必要的、需要全局性处理的场合。此系统在设施故障诊断中尤其是监测系统内的使用中产生。也就是分散型系统。此监测系统促使系统多个方面的关系从紧密耦合转向松散型。在现实使用中，一般使用多级分布式结构[24]。1.4本文的主要研究内容在研究旋转机械国内外分析技术情况和烟气轮机分析技术现状和未来趋势的时候，本文将炼油厂催化裂化生产环节中出现的高温再生烟气能量回收利用当做研究背景，以石化炼油厂直接发电机组中的烟气轮机为研究主体，使用振动知识、拉格朗日分析力学知识、信号处理和分析科技，对烟气轮机的现实故障开展深入分析，一般分析内容包含：(1)研究烟气轮机系统组成、运作特征、测点分布和故障划分；(2)分析目前存在的主要故障形式，包括：烟气轮机转子的不对中、不平衡、轴弯、油膜涡动、转子碰摩、轴裂纹等，分别从故障危害性、故障原因分析以及特性分析角度进行阐述。建立了相应的转子数学模型，重点分析了转子不对中及不平衡故障进行了机理分析。(3)根据旋转机械常见故障的故障机理的深入研究，通过现场的在线监测系统结合实际故障案例得出了不对中、不平衡、摩擦以及油膜涡动的故障特征，故障原因及解决措施，深入研究了各种故障的特征图谱。(4)总结了烟气轮机故障诊断中常见的分析方法：时域诊断法、传统谱分析法、轴心轨迹分析法。通过对故障的分析，结合停机修理的结果与分析研究，最终推断出各种类型的数据和图谱所对应的不同故障类型。第2章烟气轮机主要故障形式2.1烟气轮机的简介烟气轮机（也就是烟气透平）主要将烟气当做工质，把其中的热能与压力能变成机械能的原动机。此设备在石油炼厂流化催化裂化装置再生烟气能量回收系统中被普遍使用，得到各界人士的关注。烟气轮机主要分类与特征1）依照结构内容进行划分主要是单级与多级两类。静叶与轮盘安装动叶的工作轮是构成烟气轮机的主要部分，也就是“级”。假如整个烟气轮机只存在单个级，就可以被叫做单级烟气轮机；假如整个烟气轮机包括两个级，就可以叫做两级烟气轮机；更多的就被叫做多级烟气轮机。两级烟气轮机运作效率比单级更高。现在，我国生产的两级烟气轮机效率大概是83%，其中单级只有大概78%。2）依照烟气在级内流动趋势进行划分主要是轴流式与径流式两类烟气在级内轴向流动就被叫做轴流式烟气轮机。一般所研究的大部分设备都是轴流式，由于此类型支持流过的工质流量高，结构便于制作成多级型式，可以达到高膨胀比与大功率需求，效率更高。另外，轴向进气可以让烟气进入设备的时候更加平稳和顺畅，保证烟气内催化剂颗粒匀称划分。烟气在级内径向流动则被叫做径流式烟气轮机。此类主要使用在小功率设备中。然而其也具有离心分离功能，可以促使颗粒集中，入口压力亏损更大。YLII—10000F型烟气轮机是由进气、过渡、排气三部分机壳、转子组件、轴承箱和轴承等部分。转子组件主要包含一级、二级轮盘、一级与二级动叶与主轴等部分。一、二级轮盘，二级轮盘和主轴间，以止口定位，且热装在轴端，思考到轮盘与拉杆在运作时期热膨胀变形等条件之后，具有充足预紧力的拉杆固定轮盘和主轴联接，套简传扭。一、二级轮盘属于实心构造，使用GH864材料横锻且生产形成，轮缘开枞树型叶根槽，用来装入带枞树型叶根的动叶片、锁紧片锁紧定位，一、二级动叶片使用高温合金GH864横锻产生，叶型部分喷上“长城一号”耐磨表层。进气机壳一般包含进气机壳与锥和一级静叶零件，进气机壳是不锈钢焊接件进气锥也是如此，且组焊在壳内，一级静叶组件由静叶片与固定镶套构成。可以使用螺栓坚固在进气锥端部。在进气壳体上设置可调试辅助性挠性支撑。过渡机壳主要由二级静叶环固定套、二级静叶环体和二级静叶片等组成。二级静叶片用T型叶根固定在二级静叶环体上，为避免催化剂固体颗粒对通流时期的冲蚀亏损，此部分也需要增设防冲蚀台阶，且喷洒耐磨材料，为防止漏气，二级静叶片组成的内环上固定有气封片。排气机壳是完整的，主要包含不锈钢焊接得到。主要包含进、出口法兰、扩压器和壳体等部分，整个机壳用进口端法兰上的两个支耳及机壳上的不同支耳支承在底座上，在进口端的支耳与底座支承面之间增设横向导键，在排气机壳的前端与后端增设纵向导键，确保核心稳定。轴承箱由箱体和箱盖组成，均为铸件。其上装有轴承和油封及测转速、测轴振动和轴相位探头，并接有轴承润滑油进、出口管线。轴承部分包含两个径向轴承与主、副止推轴承，稳固在轴承箱中。本次主要使用四油叶滑动轴承，其中采用八瓦块的金氏伯里轴承，副止推轴承为八瓦块米锲尔轴承。底座是焊接件，支承排气机壳的支座需要使用水冷却，进而确保此机组中心杯高稳定。2.2烟气轮机的测点布置2.2.1振动测点布置原则在信号采集的过程中，测点选择起着至关重要的作用，这些测点的位置必须能充分反应机组的特征信号，这些特征信号是以后分析和处理的基础。因而根据现场的实际情况，对烟机机组的工作情况和烟机自身结构特点综合分析，测点布置如下图所示：2.2.2烟机远程采集系统的采集参数烟机机组采集参数：共15个。其中，烟机：13个，风机：2个。包括振动、压力和温度。（1）振动：8个。2个前径向轴承（测点名：1X，1Y）；2个后径向轴承（测点名：2X，2Y）1个后轴向位移（测点名：2A）；1个键相位转速（测点名：3R）；风机2个前径向轴承（测点名：4X，4Y）（2）压力：2个。前、后主油道压力（测点名：5P，6P）（3）温度：5个。1个主油道温度（测点名：7T）；1个轮盘温度（测点名：8T）1个烟气温度（测点名：9T）；2个前后径向轴承轴瓦温度（测点名：10T，11T）。其中：1X表示1号测点的水平方向的振动；1Y表示1号测点的垂直方向的振动；2X表示2号测点的水平方向的振动；2Y表示2号测点的垂直方向的振动；2A表示2号测点的轴向位移；4X表示4号测点的水平方向的振动；4Y表示4号测点的垂直方向的振动。2.3烟气轮机的故障形式转动设施的状态监测故障诊断主要在机械运作中或不拆装机械结构的时候，对机械技术状态开展定量测试，利用对测试信号的操作与研究，且根据诊断对象的发展情况，来定量分析机械设施和相关零件、部件的真实技术状态，预估设备的不正常问题和后续技术情况，对问题部位、因素开展研究与判定，寻找处理的方式以及最佳处理时间。设施状态监测故障诊断科技便于公司完成当代设施管理任务；处理维修环节中“过度维护”和“维护不足”问题，进而在设施使用的时候，确保成本最低，设施整体效率最高的目标。烟气轮机（也就是烟机）是石油化工产业内普遍使用的重要设施，其使用催化裂化设备生产时期形成的高温再生烟气余热驱动离心式或轴流式空气压缩机作功或给发电机供应动力。此部分的具体运作状况和设备运作周期与能源损耗紧密相关，对确保设施稳定运作与节约资源具有积极价值。根据研究可知某企业投入使用的39台烟机机组，2016年度总共得到收益7.8亿元，经济效果非常明显。然而此时我们也需要关注到，此设备是炼化领域主要设施中出现问题概率最高的部分。一般无故障运作时间少于280天，很多厂烟机每年停机维护三次是正常的事情。其和设备长时间运作的标准有较大的差异，多次停机造成设备能耗提高，效率降低，甚至会导致设备切断进料以及意外停工问题频繁出现，有时候会降低公司经济收益。所以需要对此设备进行状态监测和故障诊断，尽早查找问题出现的因素和设施存在的隐患，使用高效的方案，确保机组安全、平稳、长久运作是重中之重。造成烟机故障率始终很高的现实因素是高温与粉尘。此设备机械问题，大部分和上述两个因素相关。烟机普遍存在的问题，比如磨损、叶片断开、粉尘过多、动静摩擦、动平衡受损、同心度偏转和管线应力影响或多或少和上述两个因素相关。下面分别对几种类型的故障原因、诊断方法及故障处理作分析。2.3.1烟气轮机转子不对中故障故障危害性在旋转机械中，转予不对中是造成众多问题的现实因素，在美国Texas州Monsanto化工企业研究的故障诊断案例中大部分是因为转子不对中导致的[25]。此现象会导致系统运作时期发生轴挠曲变形、机械振动、轴承初期受损和油膜失稳等情况，对整体稳定运作带来一定的负面影响。烟气轮机联轴器不对中问题出现概率很高，也会造成油膜温提高、失稳、机组振动不正常，出现异常噪声，因此导致轴承初期受损、联轴器轮齿咬死断齿、螺栓变形、磨损，最终发生“锁定"问题，不利于设备顺利生产。故障原因分析与烟气轮机转子联轴器不对中故障相关的原因众多，重点被整理成下面多个部分：(1)设计时期并未充分思考烟气轮机对中曲线，计算出现失误(2)安装找正误差与对热态转子不对中量并不关注(3)联轴器螺孔间隙过大或螺栓预紧力较低假如烟气轮机机组出现第三个问题，那么导致的最终结果就是机组在带负荷时期，在负荷提高到特定数值时，两个半联轴器出现错位问题，轴系对中状态存在变动，和联轴器联系的转子振动响应也会出现一定的变化，其中设备内转子振动更加严重。(4)冲击扭矩烟气轮机甩负荷等问题都会导致轴系扭矩在瞬间出现明显改变，对传递扭矩与运作中的联轴器产生较大影响，导致两个半联轴器彼此错位，轴系对中状态出现变化，进而导致机组轴系振动更严重。(5)日常运作中操作上超负荷运作与机组保温不善，轴系内转子热变形不同(6)机器基础、底座沉降不均衡导致对中超差和软地基导致对中不良(7)环境温度差异大，机器热变形不一样。(8)除了上述因素外，超负荷运行等因素也可引起转子联轴器不对中。特性分析当转子联轴器存在不对中问题，烟气轮机运作时在线监测系统得到的工程振动信号特点一般体现在下面多个部分：（1）转子径向振动存在二倍频，主要是一倍频与二倍频分量，轴系不对中更明显，二倍频占据比值高，大部分时期二倍频能量更高；（2）振动信号的最初时域波形为畸变正弦波；（3）联轴器两边临近的轴承油膜压力为反方向变动，油膜负担增加，其他就减少；（4）联轴器不对中时轴向振动更大，振动频率是一倍频，振动幅值与相位不变；（5）两边轴向振动通常表现出180°反相；（6）比较明显的轴心轨迹是月牙形、香蕉形，明显对中不良时期的轴心轨迹也许是“8”字形；涡动方向是同步正进动；2.3.2烟气轮机转子不平衡故障故障危害性烟气轮机转子不平衡表示具体运作时期转子不同微元质量的离心惯性力系不均衡，也就是沿转子轴向多个横截面的重心不在回转中心线上，也就是设备回转质量偏心。因为此设备在具体运作的时候高效旋转，假如质量偏心较小，也会导致较大的离心激振力[26]。比如，在烟气轮机转速是3000rpm时，质心偏离旋转中心线O.1mm所得到的离心力类似于转子重量，上述离心力会造成较大振动。烟气轮机机组三分之一的问题是因转子不平衡造成，对机组运作或四周环境导致的负面结果为：(1)造成转子挠曲变形加剧内应力，有时候会导致转子断裂。比如，因为不平衡造成规模庞大的汽轮发电机组转子断裂问题，此类严重故障在国内也出现过；(2)造成振动，加速轴承等部件受损程度，减少整体使用时间、降低效率；(3)转子振动利用轴承、基座传播给建筑物，此外也会出现较大的噪声，造成环境污染。故障原因分析质量不平衡是目前旋转设备中最普遍的问题。大家都知道，旋转机械的转子因为材料质量与加工科技等相关条件的影响，转子的质量分布相对于旋转中心线来说无法坚持“绝对平衡”，因此就导致转子旋转时产生规律性的离心力干扰，在轴承上导致动载荷，导致机器出现振动。机组不平衡按照具体发生过程被划分成原始、渐发性与突发性三类情况。此处原始不平衡是因转子生产、装配失误和材质不均衡等因素而产生的；渐发性不平衡就是因不均匀积灰导致的；突发性则是因为转子上零件脱落导致，机组振幅猛然增加之后稳定在相应范围内[27]。导致设备内转子不均衡的原因有很多，大部分被划分成下述几个部分：(1)加工制造失误因为转子零部件在生产时期出现误差，导致其依轴向横截面的质量分布和转动中心轴线不对应，导致不平衡问题。(2)安装失误转子安装的时候因为误差导致中心线和轴承中心线不重叠，造成不平衡问题。(3)热弯曲、热变形转子锻件在热加工时期热应力造成转子弯曲或运作时期热变形导致弯曲问题，最终导致不平衡问题。(4)维护更换在修理的时候改变转子质量平衡，比如拆装或替换涡轮、叶片、联轴节和转子上相关较大零件，替换电机线圈绕组，车削转子轴径等行为都会导致不平衡问题。(5)叶片断裂、受损和积垢、冲蚀烟气轮机运作时期动叶片断裂或不均匀受损，转予一、二级涡轮盘间或动叶片表层积灰、结垢或催化剂颗粒不均衡沉积，工作介质对转子动叶片、涡轮侵蚀等都刽导致此类问题。(6)零部件脱离因为机组在实际运作时期转子零部件位于持续高效运作时期，在外力长久影响下会导致零件脱落问题。比如，联轴器脱落问题，导致不平衡问题的出现。特性分析不平衡转子的振动信号，具体时间波形和频谱图通常表现出下面的明显特点：（1）原始时域波形的形状类似于纯正弦波；（2）振动信号的频谱图中，谐波能量一般汇聚在转子工作频率（1X）上，也就是基频振动成分所占比值高，相关倍频成分所占比值不高；（3）在升降速时期，假如转速低于标准转速时，振幅随着转速提高而提高。假如转速超过临界转速以后，会跟随转速增多反而降低，且开始趋向更小的稳定值。假如转速接近于临界转速时，转子会出现共振，此刻振幅也呈现出最高峰值；（4）当工作转速一定时，振动的相位稳定；（5）转子轴心轨迹图为椭圆形；（6）转子涡动特点是同步正进动；（7）纯静不平衡的时候支承转子的所有轴承相同方向的振动相位一样，其中纯力偶不平衡时支承转子的所有轴承振动为反相，也就是相位差180°。然而事实上转子通常出现静不平衡，此外也会出现相应的力偶不平衡（也就是出现动不平衡），此前支承转子的所有轴承相同方向振动相位差在0°到180°范围内波动[28]；（8）在外伸转子不平衡的时候也许会导致较大的轴向振动。在转子外伸端不平衡时，两轴承的轴向振动相位没有差异；（9）由于介质不均匀结垢的时候，工频幅值与相位开始缓慢改变。2.3.3轴弯曲转子弯曲主要被划分成永久性与暂时性两类。前者也被叫做转子弓形弯曲，一般表现由生产制造问题、长久存放不合理、蠕变等因素导致的无法自主复原的弯曲。后者表示可自主复原的弯曲，一般是因开启预负荷过高、加速过快等不科学操作导致的。转子弯曲的振动机理：不论是怎样的转子弯曲，都会出现质量偏心与不平衡激振力，此部分振动机理和转子不平衡类似。主要差异点就是轴弯曲也会导致轴两边形成锥形运动，所以在轴向也会出现更大的工频振动[29]。另外，转轴弯曲时，因为弯曲形成的弹力和不平衡造成的离心力相位出现差异，此外相对相位跟随转速变动，在相同转速区间内，双方的作用会出现抵消，振幅开始降低，假如弯曲效果低于不平衡效果时，振幅降低出现在临界转速下，否则，振幅减少出现在临界转速上。转子热弯曲导致的振动一般是基频分量，通常表现出下述特征。（1）振动和转子的热状态相关，假如机组冷态运作时（空载）振动不大，然而伴随负荷增加，振动开始变大；（2）假如振动变大之后高速降负荷或停机振动没有马上变大，而存在相应的时间差；（3）转子出现热弯曲之后停机惰走时在低转速下转子的工频振动幅值比在开车时期同等转速下的振动值更高，此外在同等转速下，工频振动的相位也许不会重叠。2.3.4油膜涡动及油膜振荡油膜涡动的机理：动压滑动轴承因为自身表现出结构不复杂、生产便利、应用实践长、工作稳定、符合重载高速要求的优势。被普遍使用在旋转设备中，尤其是规模庞大的旋转设备的转子支撑系统。动压滑动轴承的主要理论是油楔承载理论，也就是依赖油液粘性，在轴颈旋转的时候把油液接连带到轴颈和轴承表层所产生的容积持续缩小的空间内，油液持续被缩小，形成油膜压力，开始影响轴颈，支持轴颈，导致轴颈和轴承面脱离接触而完成润滑目标。在一般状况下，油膜压力合力和载荷目标是维持动平衡状态，在相同环境中会因为动力不稳而导致油膜涡动与振荡问题[30]。油膜涡动油膜涡动是转子基于本身轴线旋转的时候，轴心基于静平衡点旋转的重要方式。其形成机理也就是：油膜力属于动态力，其和载荷的平衡相同全部是动平衡，在最佳稳定运作时期，轴颈中心处于油膜力和载荷平衡的方位上。在遇到某种干扰影响的时候，上述平衡无法维持下去，此刻油膜力和载荷不属于平衡力，轴颈会远离平衡位置，在合外力影响下运作，其与外力可分解成指向静平衡点的径向力与切向力，前者想要让轴颈恢复到平衡位置，后者和位移方向相似，促使轴心绕静平衡点变速运动，进而形成油膜涡动。其中速度主要和油膜流动速度有关。油膜速度可以根据油膜连续性研究得出，大致统计，假设油膜速度按照线性划分，也就是轴颈表层油膜的速度和轴颈表层速度没有差别，轴瓦表层的油膜速度是零，此时油膜平均周向速度是轴颈表面圆周速度的百分之五十。根本上因为油膜速度划分的非线性、轴承的端面泄露，与真实工况相关影响条件，产生真实油膜涡动速度，根据统计通常是转子转速的0.42--0.48倍，很多时候也会遇到超过O.5倍工频的情况。由于油膜涡动频率靠近轴的转动频率的百分之五十，因此就被叫做半速涡动刚[31]。油膜振荡涡动属于自激励振动，半速涡动的频率少于转子的一阶固有频率时，转子轴心的轨迹通常是平稳封闭图形(类似于基频和二分之一2倍频叠加产生的双椭圆)，假如转子是N-倍临界转速的时候，涡动和转子一阶临界转速重叠，转子系统会自激形成强烈共振，此刻轴心轨迹开始转换成分散的不规则曲线，谱图内半频分量的幅值靠近乃至高于基频振幅，轴颈和轴瓦表面出现碰摩，油膜受损。假如转速不断提高，涡动频率一直是转子固有频率[32]。转子是否出现失稳动和众多条件相关，比如载荷、转速、瓦隙、轴瓦构造、油液粘度等。轻载轴瓦，油膜涡动一般在一阶临界转速之前出现：中载轴瓦，涡动一般在一阶临界转速以后产生：重载轴瓦，在油膜振荡出现之前通常不会出现半速涡动。在油液粘度很高的时候，油膜振荡的维持性较差，涡动频率成分的幅度变化明显。椭圆轴瓦、可倾斜轴瓦具备较好的稳定性，出现失稳的概率随之降低。油膜涡动及油膜振荡的故障特征振动特点：(1)半速涡动；一般特点是频谱中l／2倍频处出现峰值：轴心轨迹是由基频与半频成分重合产生的相对平稳的双椭圆，正进动。(2)油膜振荡：一般特点是频谱中转子，第一阶临界频率成分是主峰，随之出现非线性振动成分，轴心轨迹是分散、无规律曲线，波形幅度不平稳，相位出现突变。振动敏感方向：都是径向。敏感参数：(1)半速涡动：涡动频率随着转速改变，维持半频涡动频率是转子工频的(O.42～0.48)倍；涡动出现的起始频率对载荷敏感，轻载轴瓦，油膜涡动一般在一阶临界转速之前出现；中载轴瓦，涡动一般在转速以后产生；重载轴瓦，在油膜振荡出现之前通常不会出现半速涡动；振动对温度变动相对敏锐。(2)油膜振荡：必须在工作转速达到或超过二倍临界转速的时候，才会猛然形成，振动随着油温变动较大；油膜振荡属于自激振动，维持振动的能量由转轴在旋转中利用自激机理得到，和外部激励没有关系。油膜振荡表现出惯性效应，假如出现的话，油膜振荡会在相对宽的转速区间内不断出现，提高转速，振动问题随之消减，减少转速，必须在转速少于二倍临界转速之后消失[33]。2.3.5转子碰摩转子动静碰摩就是旋转机械中普遍存在的问题，一般被当做相关问题的衍生，被划分成轴向径向和轴向动静碰摩两部分，此处前者不只运动阻碍增多，此外产生的振动响应并不突出，基于振动研究法的问题振动无法对其进行辨别，一般使用其他方式判定。此后只对转子径向动静碰摩振动理论开展大致研究。动静碰摩和部件局部松动表现出类似的内容，都会改变系统的动态刚度（即便造成此变化的现实具体条件有所差异），不同之处就是，前者存在切向摩擦力，促使转子形成涡动。转子胁迫振动、碰摩自由振动与摩擦涡动重合起来，形成繁琐的径向碰摩独有的振动响应频谱率。因为碰摩力体现出较为突出的非线性特点（通常体现在充足的超谐波）。所以动静碰摩和松动进行比较，振动成分的周期性明显更弱，其中非线性更明显。很多规模庞大的机组在转子与静子出现径向摩擦现象的时候，振动频谱一般是基频分量，然而也存在2X、3X、4X等相关谐波分量，此处2X分量很大。摩擦的时候振动开始变多，此外相位随之出现改变，相位变化属于逆转动方向。摩擦后假如转子出现热弯曲，此时降速过转子利用临界转速的振动不断放大[34]。在转子出现动静摩擦之后，降转速或降负荷振动不会马上减少，而是增加。必须在转速或负荷减少到相应数值之后，振动开始缓慢减小，也就是振动变化表现出相应的滞后性。2.3.6轴裂纹转子裂纹出现的因素一般是疲劳损伤。旋转设备的转子假如设计不合理（包括选材问题或结构问题）或者生产方式等问题，或者是运作时间太长的机组，因为应力侵蚀、疲惫、变形等，导致转子原本存在诱发点的位置出现微裂纹，此外因为较大变动的扭矩与径向载荷的不断影响，微裂纹开始延伸，最后变成宏观裂纹。最初的诱发点一般位于应力高此外材料存在问题的部分，比如轴上应力汇聚点、制造时期残留的刀痕、划伤处、材质出现细微问题（比如夹渣等）等部分。在转子形成裂纹的早期，扩展效率并不高，径向振动的幅值涨幅不大。然而裂纹的扩展速度开始伴随裂纹深度的加深而持续增加，因此会发生振幅不断提高的问题。特别是二倍频幅值迅猛提高与有关相位的变动通常会提供裂纹的诊断详情，所以使用二倍频幅值与相位的发展趋势来判断转子裂纹[35]。转子出现裂纹之后的常见特点：（1）不同阶临界转速和标准值相比更小，特别是在裂纹更大的时候最突出；（2）因为裂纹导致转子刚度变动且不对应，导致众多共振转速的产生；（3）在稳定转速下，1X、2X、3X等不同阶倍频分量的幅值和有关相位不平稳，其中主要是二倍频分量最严重；（4）因为裂纹转子的刚度不对应，导致对转子完成动平衡更加艰难。2.4本章小结本章以烟气轮机转子不平衡和转子不对中这两种故障为主要研究对象，介绍了故障的危害性和故障原因。通过建立烟气轮机转子不平衡激振数学模型，研究了烟气轮机转子不平衡故障机理，并从几何与动力学角度全面分析烟气轮机联轴器不对中故障相关理论。此外，对其他几类典型故障的故障机理和特征进行了分析。第3章烟气轮机及转动设备的典型故障案例分析3.1YL烟气轮机不对中故障1、烟机运行情况结合振动趋势图、频谱图、轴心位置图、时域波形图和多值棒图各方面综合分析，该烟机表象运行平稳，但有振动恶化趋势，密切关注，检修时拆解检查。历史图谱分析（一）烟机前轴振动趋势图反映出烟机在稳定运行时，振动幅值不高；但频谱图高次谐波很丰富；轴心轨迹杂乱，略呈8字形状叠加；波形图有波峰凹陷；轴心位置有吃间隙现象。各种图谱综合反映出有轴系不对中和摩擦现象存在。反映出烟机在振动升高时，前轴东南主频（不平衡）振动占主导，不平衡有发展趋势；轴心轨迹更加呈现8字形状；波形图有波峰凹陷；轴心位置有吃间隙现象。各种图谱综合反映出有轴系不对中导致不平衡增大，随即振动值增大。反映出烟机振动在逐步爬升时，振动幅值也逐渐增大（通过观察实时连续点情况类似）；频谱图高次谐波很丰富，前轴东北向通道没有主导频率；轴心轨迹杂乱，呈8字形状叠加；波形图有波峰凹陷；轴心位置有吃间隙现象。各种图谱综合反映出有轴系不对中和摩擦现象存在。（二）烟机后轴后轴图3-4、图3-5和图3-6三幅图谱反映出，由于有不对中现象存在导致后轴不平衡现象加剧，主频占主导，表现出1X振动的不平衡发生，后轴振动值高。图3-7反映出在目前稳定运行情况下，后轴西北通道1X、2X、3X频率均不占主导，轴心轨迹杂乱，还是不对中导致的现象。3、近期图谱分析（三）烟机前轴以上烟机前轴的不同时间段的截图，反映出的现象与历史数据有相同之处，均表现出高次谐波丰富；轴心轨迹呈现8字，波形图凹陷，轴心位置有吃间隙现象。还是反映出轴系不对中现象，在振动趋势抬起阶段，烟机前轴东南通道主频占主导，但高次谐波依旧存在。（四）烟机后轴反映出后轴振动高时，主频占主导地位，但高次谐波依旧丰富。图3-13表现出的现象一致。反映出，振动平稳时，烟机后轴西北高次谐波部分主次，后轴西南，主频占主导，高次谐波依旧丰富。（五）风机截图图3-17更能反映出轴系的不对中，在机组起动达到工作转速，风机振动跳跃时刻，2X频率占了主导，这是存在不对中的典型征兆。（六）多值棒图通过实时多值棒图，也反映出轴系不对中现象，风机、变速箱2X频率引起的振动都比较明显。另结合全息谱图和全频谱图反映出有正反进动交替现象发生，这是不对中导致摩擦情况发生伴随的特征。（七）分析结论：故障原因：该机组存在轻微轴系不对中现象。随着烟机的持续运行，不对中导致摩擦产生，最后导致烟机不平衡加剧，振动加大。整改措施：1、密切观察振动趋势，若振动幅值逼近报警值，建议停机进行检修，重点检查轴系不对中；2、开工过程中在进油温度高且加负荷的情况下，振动有波动的情况，在停机检修时对前、后径向轴瓦间隙进行复查调整，轴瓦直径间隙为轴颈尺寸的1.2‰；3、提前对烟机前后轴承进行储备，检修时若发现烟机轴承磨损严重应该进行替换。（八）总结转子不对中故障特征，故障原因及解决措施表3.1转子不对中故障特征Table3.1Therotorisnotcharacteristicoffault特征参数平行不对中角度不对中综合不对中时域波形1×频与2×频叠加波形1×频与2×频叠加波形1×频与2×频叠加波形特征频率2×频明显较高2×频明显较高2×频明显较高常伴频率1×频、高次谐波1×频、高次谐波1×频、高次谐波振动稳定性稳定稳定稳定振动方向轴向为主径向、轴向均较大径向、轴向均较大相位特征较稳定较稳定较稳定轴心轨迹双环椭圆双环椭圆双环椭圆进动方向正进动正进动正进动矢量区域不变不变不变表3.2转子不对中故障原因及解决措施Table3.2Therotorisnotinthefaultcauseandthevibrationreductionmeasures分类原因解决措施设计原因=1\*GB3①对工作状态下热膨胀量计算不准=2\*GB3②对介质压力、真空度变化对机壳的影响计算不准=3\*GB3③给出的冷态对中数据不准=1\*GB3①核对设计给出的冷态对中数据=2\*GB3②按技术要求检查调整轴承对中=3\*GB3③检查热态膨胀是否受限=4\*GB3④检查保温是否完好=5\*GB3⑤检查调整基础沉降制造原因=1\*GB3①材质不均，造成热膨胀不均匀安装维修=1\*GB3①冷态对中数据不符合要求=2\*GB3②检修失误造成热态膨胀受阻=3\*GB3③机壳保温不良，热胀不均匀操作运行=1\*GB3①超负荷运行=2\*GB3②介质温度偏离设计值工况劣化=1\*GB3①机组基础或基座沉降不均匀=2\*GB3②基础滑板锈蚀，热胀受阻=3\*GB3③机壳变形3.215MW发电机组油膜涡动故障分析15MW发电机组轮箱、发电机（型号为表3.3发电机组设计技术参数Table3.3Designtechnicalparametersofgeneratingset发电机额定转速r/min3000最大连续转速r/min3000润滑油温度℃36-45润滑油压力MPaA1.0驱动端支承轴承类型滑动轴承非驱动端支承轴承类型滑动轴承驱动端支承轴承间隙mm0.26非驱动端支承轴承间隙mm0.26止推轴承类型滑动轴承止推轴承间隙mm0.20二、故障现象15MW发电机组于2016年5月开机运行，6月25日再次开机运行中发电机非联端振动偏大，并一直持续，振动幅值最高达到135μm。三、故障分析下图是发电机前后端轴承4个通道6月26日到7月10日的运行振动趋势图，分析可得，发电机后端轴承振动较前端轴承振动偏大，且振动能量主要集中在1X上，且在6月27日和7月2日振动幅值有较大程度的上升波动。图3-22是6月27日振动增长时的频谱分析图，1X占主要分量，并伴随2X、3X、4X分量，轴承运转不良；图3-23是7月2日振动增长时的频谱分析图，1X占主要分量，并伴随0.5X、2X、3X、4X分量，油膜状态和轴承状态不佳，并与瓦背紧力和巴氏合金状态有一定关系。下图是发电机最近一次开机的Bode图，分析可得，发电机后端轴承振动偏大。四、结论与建议通过以上分析，15MW发电机前后端油膜状态不稳定，且后端轴承的润滑状态不良。为了保证生产建议有机会停机检查发电机前后的润滑油压力、温度，以及后端轴承间隙和瓦背紧力。五、处理后的情况跟踪机组于2017年5月停机检维修一次，检查15MW发电机前、后端轴承间隙和瓦背紧力，对润滑油的压力、温度进行了适当调整，开机后发电机轴振降低，尤其后端轴承振动幅值大幅度降低，运行非常平稳。六、总结油膜涡动故障特征，故障原因及解决措施表3.4油膜涡动故障特征Table3.4Faultcharacteristicsofoilfilmvortex特征参数油膜涡动油膜振荡时域波形有低频成分有低频成分特征频率≤0.5×（0.42-0.48）×常伴频率1×组合频率振动稳定性较稳定不稳定振动方向径向径向相位特征不稳定不稳定（突发）轴心轨迹双环椭圆扩散、不规则进动方向正进动正进动矢量区域变化变化表3.5油膜涡动故障原因及解决措施Table3.5Causesofoilfilmvortexbreakdownandsolutions分类原因解决措施设计原因=1\*GB3①轴承参数设计不合理=1\*GB3①核对设计给出的冷态对中数据=2\*GB3②按技术要求检查调整轴承对中=3\*GB3③检查热态膨胀是否受限=4\*GB3④检查保温是否完好=5\*GB3⑤检查调整基础沉降制造原因=1\*GB3①轴承制造不符合技术要求安装维修=1\*GB3①轴承间隙不符合要求=2\*GB3②轴瓦参数不当=3\*GB3③轴承壳体配合过盈不足操作运行=1\*GB3①油温或油压不当=2\*GB3②润滑不良工况劣化=1\*GB3①轴承磨损=2\*GB3②疲劳损坏、腐蚀、气蚀等3.3汽轮机不平衡故障分析一、故障现象机组开始运行后，汽轮机振值低于25μm，在启机过程中，汽轮机整体振动偏大，机组转速低于9000rpm时，汽轮机前轴振值低于50μm，后轴振值低于35μm；当转速高于9000rpm上升到12000rpm左右时，汽轮机前轴振值未有上升，后轴振值上升为55/67μm左右。二、分析过程从上图分析，振动主要能量是1X分量占主导。下图是汽轮机停机的Bode衡性偏差。三、结论通过以上分析，判断汽轮机转子平衡性差。四、反馈结果行清理，做动平衡，开机后效果良好。五、处理后结果图3-29是汽轮机检修后的振动趋势图，其振动值低于30μm，降低了汽轮机的整体振动。六、总结转子不对中故障特征，故障原因及解决措施表3.6不平衡故障特征Table3.6Unbalancedfaultfeatures特征参数原始不平衡渐变不平衡突发不平衡时域波形正弦波正弦波正弦波特征频率1×1×1×常伴频率较小的高次谐波较小的高次谐波较小的高次谐波振动稳定性稳定逐渐增大突发性增大后稳定振动方向径向径向径向相位特征稳定渐变突变后稳定轴心轨迹椭圆椭圆椭圆进动方向正进动正进动正进动矢量区域不变渐变突变后稳定表3.7不平衡故障原因Table3.7Imbalancefaultcause原因分类初始不平衡渐变不平衡突发不平衡设计原因①结构不合理①结构不合理，易结垢②材质不合理，易腐蚀①结构不合理，应力集中②系统设计不合理，造成异物进人流道制造原因①制造误差大②材质不均匀③动平衡精度低①材质用错②光洁度不够，易结垢③表面处理不好，易腐蚀①热处理不良，有应力②人口滤网制造缺陷安装维修①转子上零部件安装错误②零件漏装①转子未除垢①转子有较大预负荷操作运行①介质带液，造成腐蚀②介质脏，造成结垢①超速、超负荷运行②入口阻力大，导致部件损坏，进入流道③介质带液，导致腐蚀断裂工况劣化①转子上配合零件松动①转子回转体结垢②转子腐蚀①疲劳，腐蚀②超期服役表3.8不平衡故障解决措施Table3.8Unbalancedtroubleshootingmeasures初始不平衡渐变不平衡突发不平衡①按技术要求对转子进行动平衡②按要求对位安装转子上的零部件③消除转子上松动的部件①转子除垢，进行修复②定期检修③保证介质清洁，不带液，防止结垢和腐蚀①停机检修，更换损坏的转子②停机清理流道异物③消除应力，防止转子损坏3.4空分装置空压机组摩擦故障分析一、机组概况该空分装置压缩机为MCO1004+3BCL407，由汽轮机拖动。表3.9空压机主要参数设计参数Table3.9Designparametersofmainparametersofaircompressor空压机额定功率10663额定转速6900设计流量127300一阶临界转速2654进口压力0.099出口压力0.65轴振动报警值63.5轴振动停机值88.9表3.10增压机主要参数设计参数Table3.10Designparametersofmainparametersofturbocharger增压机额定功率6274额定转速13172设计流量63150一阶临界转速5036进口压力0.602出口压力6.637轴振动报警值59.1轴振动停机值82.7二、故障现象该空分装置空压机组于7月份开始出现间歇性波动，振动幅值逐次增加。7月31日曾出现一次通频值波动，空压机非联端两通道幅值接近70μm，在8月1日非联端两通道达到连锁停机值，在停车过程中振幅最高曾达到383/171μm。三、分析过程从空压机1X相位趋势图可以看出，在7月31日机组通频值变化时，四通道的1X相位趋势也发生了改变。对比空压机连锁前后轴承的波形频谱图，0.5X（40.28Hz）幅值明显上升，连锁时达到320μm，该频率与转子一阶固有频率耦合。查看空压机的轴心轨迹图，非驱动端曾出现反进动。四、结论根据相关频谱分析，该空压机存在摩擦故障，可能性较大位置为非联端轴瓦，油挡油封处。停机对轴瓦部位进行处理。并检查各级汽封及叶轮表面是否有摩擦，各部间隙是否合理，转子表面是否有异常。停机后对空压机转