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    摩擦類案例:某廠凈化裝置二氧化碳機組高壓缸摩擦故障分析

    1、設備概述

    該套二氧化碳機組由汽輪機拖動,一端連接低壓缸一端連接齒輪箱及高壓缸,壓縮機由沈陽透平機械有限公司設計生產制造,型號:2MCL906(低壓缸)+3BCL405(高壓缸),介質氣主要為:CO(腐蝕);平均分子量:43.811。高壓缸額定運行轉速:11102rpm,一階臨界轉速6700rpm,振動報警門限:63.5μm,聯鎖停機門限:88.9μm。機組總貌圖及氣動參數如下:

    圖1 總貌圖

             段號

    工況條件

    第一段

    第二段

    第三段

    抽氣段

    第四段

    進口壓力(bar A)

    1.3

    5.565

    21.682

    58

    57.8

    進口溫度(℃)

    25.3

    35

    35

     

    45

    進口流量(m³/h)

    66270

    16322

    3844

     

    727

    出口壓力(bar A)

    5.915

    21.882

    58

     

    90.695

    出口溫度(℃)

    155.38

    170.53

    126.93

     

    89.62

    氣動參數表

    2、故障現象

    該套機組于2020年7月13日停機進行升級改造,期間對高壓缸芯包內隔板、密封、隔套、葉輪形式等均做了相應更改并重新匹配軸承間隙(在原基礎上進行縮小,現為:0.12mm-0.155mm),之后現場于2020年10月26日下午14:18分改造完畢后重新啟機機械試運轉,轉速在5051rpm前振動均較為平穩(圖2),過臨界時高壓缸轉子振動最高達到26.15μm,臨界響應不高(圖3)。當轉速由7600rpm(高速軸轉速)上升至8011rpm過程中,高壓缸非聯端振動測點VB20422&VB20421通道,聯端振動測點VB20423&VB20424通道,振動幅值均出現急劇上漲現象,且非驅動端兩通道振動相應尤為明顯,并當轉速達到7991rpm時觸發聯鎖跳車,之后由于慣性轉速繼續上漲至8011rpm后開始回落,且在轉速回落過程中,振動繼續上漲,VB20422通道振值最高達到214.84μm后才逐漸回落,有一定滯后性(圖4趨勢可看出)。

    圖2 轉速在5051rpm前高壓缸振動趨勢圖

    圖3 通過一階臨界轉速時高壓缸各通道振動響應

    3、故障分析

    從振動趨勢上看出,高壓缸在轉速小于7600rpm之前振動響應較為平穩(包括通過高壓缸轉子一階臨界轉速時振動響應幅值不高),但當轉速由7600rpm繼續升速到8011rpm這8s過程中(2020.10.26,15:32:30-2020.10.26,15:32:38),壓縮機非聯端振動隨轉速的提升上漲劇烈(28.59μm-120.13μm),并最終在轉速達到7991rpm(2020.10.26,15:32:37)時刻觸發聯鎖(圖4),經查看此期間波形頻譜,變化頻率成分主要以1X為主,并伴有2X、3X等高次諧波成分,且2X頻率成分處能量相對較多,個別周期內波形亦存在削波現象(圖5),查看1X相位在此期間也有同步變化(圖6),軸心軌跡在整個啟機過程中呈現為渦動范圍擴大并伴有正反進動交替(圖7,7-1),整個過程儀表GAP電壓趨勢穩定(圖8),波動時刻軸承溫度無異常變化(圖9)。

    圖4 聯鎖時刻及降速時高壓缸振動趨勢

    圖5 波形頻譜圖

    圖6  1X相位變化趨勢

    圖7 振值平穩時軸心軌跡

    圖7-1 聯鎖時刻軸心軌跡

    圖8 高壓缸GAP電壓趨勢

    圖9 軸承瓦溫變化趨勢

    4、診斷結論

    綜合以上圖譜特征及現象分析,導致機組高壓缸檢修后啟機振動異常的原因為:高壓缸轉子發生了轉、定子件動靜摩擦類故障,從振動量級與軸承溫度變化趨勢上推測摩擦應發生在缸體內部轉子與氣封之間,導致摩擦的原因可能為轉子與密封間直接接觸或是異物進入后附著在轉子與密封間導致摩擦的發生。由于此次振動量級最大時已超過200μm,振動量級較高,建議最好對缸體進行開蓋檢查,著重檢查各部密封處,對密封及轉子損傷程度評估處理后再進行下一步開車計劃。

    5、故障驗證&處理

    機組聯鎖停機后組織對缸體進行拆解并于10月29日拆解完畢,發現機組芯包內部級間、口圈等氣封處存在多處摩擦,尤其以平衡盤密封(蜂窩密封)處摩擦較為嚴重,軸承處并未發現摩擦跡象,驗證了我們分析結論的正確性?,F場拆解圖片如下:

    圖10 轉子各級密封處存在摩擦跡象

    圖11 平衡盤密封(蜂窩密封形式)處摩擦最為嚴重

    隨后現場立即組織對高壓缸進行搶修,轉子返廠動平衡處理(對葉輪、平衡盤等摩擦位置進行修復),重新匹配制作密封,后現場重新裝配時對密封間隙進行嚴格復測、保證間隙,同心度等關鍵數據符合設計要求;現場對管線入口進行細致清理保證無異物吸入;之后重新對中。并于11月13日重新啟機,此次啟機運行過程中,壓縮機高壓缸各通道振值均較低,且趨勢平穩,機組運行重新回歸正常。

    圖12 重新啟機運行后高壓缸振動趨勢圖

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