大型離心空壓機軸向力在線監測在試車中的應用
大型離心空壓機是電力、石化、冶金和制藥等企業的關鍵動力設備 , 其運行的安全、可靠在生產工藝中顯得非常重要。而旋轉機械設備的軸向力、軸振動和軸位移等是反映機組運行工況、進行故障診斷的狀態參數 , 特別是對于止推軸承燒毀和斷軸這類故障而言 , 分析軸向力數據比分析軸振動和軸位移數據更為直接、有效。
為了確?？諌簷C組安全運行 , 防止軸向力過大而引發重大故障 , 某鋼廠在離心空壓機上建立了軸向力在線監測系統 , 把軸向力這一參數作為在線顯示、超限報警和聯鎖停車的重要指標 , 并將其控制在一個合適的范圍內。另外 , 分析動態軸向力信號 , 還可以發現空壓機存在的諸如氣流沖擊、喘振等其他一些故障。
1 軸向力在線監測系統的功能
(1) 動態實時顯示軸向力單個測點的數值或平均值 ;
(2) 可以設置歷史數據時間間隔 , 當前時間、日期及報警上限值 ;
(3) 可以選擇打印瞬時數據或歷史數據及對應的測量時間 ;
(4) 內部時鐘自動記錄軸向力對應的測量時間 , 特別是超限值對應的時間 ;
(5) 超限值記憶功能 , 一旦空壓機組發生超限情況 , DCS 控制系統上聲光報警系統一直發出聲光報警信號 , 當恢復正常狀態時聲報警信號自動消除 , 而光報警信號一直存在且記憶 , 直到人為消除。
2 軸向力在線監測在空壓機試車中的應用
空壓機啟動后 , 發出刺耳的尖叫聲 , 并出現喘振現象 , 四級排氣壓力上升至 016MPa , 安全閥起跳 ; 軸向力波動很大 , 且有逐級增大趨勢 (如圖 1 所示) ; 聲光報警系統啟動。
圖 1 空壓機啟動后軸向力變化趨勢
分析后認為是空壓機后管路不通導致軸向力波動大。
檢查空壓機后管路 , 發現排氣電動閥正常 , 防喘振閥動作也正常 , 而消聲器進口保護板在安裝時沒有去掉。
重新啟動空壓機 , 進口導葉從 5 %開至 60 % , 用時 6 秒 ; 軸向力從 419 ×10 4N (015tf) 上升至約 714 ×10 5N (716tf) 后基本穩定 , 用時約 10 秒 ; 軸向力聲光報警啟動 , 關閉空壓機后電動閥并加壓 , 四級排氣壓力從 01055MPa 上升至 012MPa , 軸向力降至 419 ×10 5～512 ×10 5N (5～513tf) , 聲報警信號自動消除 , 人為消除光報警信號 (如圖 2 所示) 。
圖 2 故障消除后重新啟動空壓機時的軸向力變化趨勢
關閉空壓機后電動閥 , 繼續加壓 , 四級排氣壓力上升至 013MPa , 空壓機軸振動極不穩定 , 振動值逐級上升直至聯鎖停車 , 造成轉子動平衡破壞 , 軸向力也有上升趨勢 (如圖 3 所示) 。
圖 3 四級排氣壓力上升至 013MPa 后空壓機軸向力變化趨勢
空壓機運轉工況不穩定的原因 : 新制造的轉子焊接應力在短時間內不能徹底消除 , 有一定的殘余應力 , 并會造成殘余應變。80 %以上的殘余應力應該在輕負荷或無負荷運轉的情況下消除 , 待振動曲線及軸向力信號趨于平穩時才能加壓。
轉子重新做動平衡 , 安裝好后空壓機再次開車 , 將空壓機四級排氣壓力提高至 012MPa , 運行 12 小時后軸向力及軸振動平穩 ; 然后將空壓機四級排氣壓力逐漸提高至 0152MPa , 空壓機運行穩定。經過 24 小時運轉 , 各項參數正常。
總結：
大型離心空壓機引入軸向力在線監測系統 , 在試車及運行中能有效監測空壓機的運行工況。軸向力的穩定標志著空壓機運行的穩定 , 軸向力不斷變化 , 說明空壓機在運行中出現了諸如氣流沖擊、喘振、位移變化、葉輪變形、葉輪撕裂、軸瓦燒毀和振裂等故障 , 應及時停車并進行調整和修復。
