状态监测与故障诊断基础ppt课件.pptx

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1、冯坤 13811317400,基于状态监测的预知性维修培训,交流提纲,基于状态监测的预知性维修概述,透平机械故障案例,往复机械故障案例,预知性维修是指根据对设备检测结果,视设备的具体状态,来确定最合适的修理时机及更合理的修理方法。,预知性维修,预知性维修,目标,工具,5,动关键设备,静关键设备,重大危险源,设备状态数据,预知性决策,设备故障,故障识别,提出预知性维修方案,状态监测,交流提纲,基于状态监测的预知性维修概述,透平机械故障案例,往复机械故障案例,(4月)某主机厂标准齿式离心压缩机不平衡_油膜涡动/振荡_综合故障报告,2011年3月某石化3102J突发性掉叶片，在造成恶化和停机前发现，

2、提出了诊断结论，给出了停机检查叶轮的明确意见,最后得到确认。避免了飞车等恶性事故，经济、安全效益显著。,燃驱离心压缩机掉叶片/质量脱落案例,离心压缩机结构,人为降转速,两次振动值上升阶跃,两次阶跃时工频趋势工频为主变成分：幅值、相位同步突变振值上升后不下降,C机组离心压缩机两端测点工频振动突增，伴随相位突变，为质量脱落特征；由于不断开停机和振动异常，导致轴瓦磨损严重。3#机组可能主要存在问题有：压缩机转子与静子碰摩。并且压缩机叶轮叶片受损后少量脱落可能性不能排除。,阳曲站出现的类似问题照片：,非驱动端径向轴承瓦块磨损情况,内侧止推瓦块照片磨损情况,2011年3月某石化化肥厂原料气压缩机，102

3、J油膜涡动故障，早期发现，早期确认故障，避免盲目维修。,2008年12月，BH5000提示首次快变报警，0.5X出现,102J压缩机机组BH5000图谱分析,2009年1月，BH5000系统提示缓变报警：幅值发生波动（缓变），范围最大为62.59um，最小为36.93um。2点水平振动时有超标现象,并且波动范围较大。用户将振动的报警值修正为：黄灯2.0mils；红灯3.0mils。,在2H通道的频谱图中1/2倍频出现明显幅值，达到了20um，并接近1倍频的幅值。,某石化-化肥厂-102J-2V（振动幅值历史趋势图：2009-1-16 9:57:53 2009-1-23 10:48:15）,某石

4、化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-23 8:24:09）,图谱注释：某石化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-21 18:10:51）,图谱注释：102J2H/V轴心轨迹图，为内8字形,比较频谱图，从轴相对振动信号中可见：1)振幅大时半频幅值明显并增大，振幅小时半频幅值几乎没有;2)通频振幅63微米时，一倍频38微米，半频12微米;通频振幅43微米时，一倍频37微米，半频几乎没有;3)轴心轨迹在振幅大时是内8字形。,从频谱图和振动趋势上看,机组的汽轮机振动存在波动现象，存在2瓦间隙增大问题,且油中金属磨粒增加，说明2瓦在数月运行中，在初始瓦间隙较大的基础上，间隙又进

5、一步增大，因此，在汽轮机转子系统受到干扰时振动就明显增大。另外，该汽轮机转子系统动力学特性，存在在某一转速区间振动较高的问题，也是影响机组振动的因素，这个特性主要与转速相关。维修建议1、尽量保证系统平稳；2、注意瓦温；3、准备好瓦间隙稍小些的轴瓦。,102J压缩机机组诊断结论、维修建议,2011年6月某石化M101电气干扰，提前于用户发现，向用户提出了书面解决方案，避免了电气干扰误停机。月报中将问题提出 与用户沟通后给出处理建议,2011年6月某石化K411，汽轮机高压端振动值波动，摩擦热弯故障机理。,一阶临界转速4360RPM,振值高点时刻，主要频率是1倍频振幅先升后降！,工频趋势：幅值、相

6、位均同步发生变化,2011年7月 某石化105J压缩机动平衡问题诊断与处理。故障诊断理论指导实践动力学、机理，发挥巨大作用的实例。,2012年5月 某石化K301压缩机开机时，在临界转速附近停留时间过长，导致碰摩。,故障分析,故障验证,以后如何避免？（谁的责任？）,某石化离心压缩机叶轮共振事故判定,7月2日空压站753K0001B空压机叶片断裂分析报告7月24日空压站多轴空压机753-K-0001B模态分析报告,50 copyright DSE Center 冯坤 2010,51 copyright DSE Center 冯坤 2010,故障过程,该机组未安装在线监测系统，只有保护系统。5月2

7、8日，发生一次振动值增长,由5um增至25um，但很快恢复,未超过厂家设定的跳车值49um；6 月18 日01:02:00 振动再次出现异常，振动值突然增加至37um，且振动值不恢复；6月18日05:33:00，振动值再增至50um以上，联锁跳停车。振动异常最为显著的是2 级转子振动。开盖检查发现2级叶轮已经损坏根据检维修人员反映，几次振动异常时机组均发生喘振,53 copyright DSE Center 冯坤 2010,54 copyright DSE Center 冯坤 2010,拆出的2级损坏叶轮,55 copyright DSE Center 冯坤 2010,叶轮损坏图，共18支叶片

8、红色为检查有裂纹或断裂的叶片绿色为尚未损坏叶片,56 copyright DSE Center 冯坤 2010,57 copyright DSE Center 冯坤 2010,根据破坏形态等信息出具的失效原因分析报告定位为叶轮共振排除了碰摩、进异物等原因,58 copyright DSE Center 冯坤 2010,为进一步核实分析结果，将转子进行了三维建模,59 copyright DSE Center 冯坤 2010,60 copyright DSE Center 冯坤 2010,计算出的二阶振型，固有频率2747.7Hz,61 copyright DSE Center 冯坤 2010,

9、二阶振型与破坏结果比较接近,其他见诊断案例专题PPT-喘振案例集,基本原理：调制与解调(modulation/demodulation)基本方法：包络(enveloping)基本参数：gIE值(Impulsive Energy in g,g=10m/s2),轴承、齿轮箱等冲击类故障诊断,包络解调基本原理：什么是调制？！请看敲杯子的信号,原始信号，直接做频谱，很难分析出特征！,解调后，再做频谱，容易分析出特征！,BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势 半个月前包络谱发现了早期故障特征频率,gIE趋势增长,5.连续重整 K202 再生风机轴承故障,图2 测点位置3（风机联轴节

10、侧）垂直方向振动速度趋势图,图3 测点位置3垂直方向1月29日与3月3日的速度频谱比较图,BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势 半个月前包络谱发现了早期故障特征频率,gIE趋势增长,BH550 3号测点、2天前gIE包络谱gIE:g-加速度单位I:impact冲击E:energy 能量,各频率间隔19Hz(保持架频率),手动设置高通截止频率包络谱部分特征频率不清晰,DSE 最优经典滤波方法,自动优化高通截止频率包络谱隐藏的特征频率清晰显现,Entek2500 3号测点gIE包络谱,三月三日，BH550监测到的3号测点上述异常振动后，出具了诊断报告；三月十一日，广西石化用

11、户参考报告进行了检修。更换了转子和轴承，振动问题解决；检修后，BH550发现异常振动消失；,检修前后，测点3V振动频谱对比图说明BH550的频谱图，确实具备反映故障的能力,检修前后，3V测点，BH550冲击能量gIE趋势图；说明BH550的特征趋势，确实具备真实反映故障的能力,检修前,检修后,8.某烯烃事业部循环油浆泵电机轴承跑套故障,2012年4月 某石化P1209A泵运行中，电机非驱动端发生跑套。,正常,预警,停机检修,图4（2）电机1#测点振动加速度细化频谱图（可见较小的滚动轴承缺陷频率）,进一步探讨：如何设置报警门限？,速度趋势无明显异常,加速度趋势无明显异常,如果按照国家标准设置报警

12、值，则泵始终处于报警状态。,交流提纲,基于状态监测的预知性维修概述,透平机械故障案例,往复机械故障案例,机组概貌图,典型案例1 气阀阀片断裂,典型案例1气阀阀片断裂,故障摘要(介质：氢气)2011年3月5月，东北某石化公司四缸立式往复压缩机4#缸运行过程中发生阀片断裂故障。故障现象如下：2个月左右时间内，外吸温度1相对于其他吸气阀温度上升了25oC左右，外排温度1相对于其他排气阀温度上升了10 oC左右；4#缸缸体振动冲击峰值异常增大，由3月40m/s2增大到5月初接近80m/s2，振动波形也在吸气阀开启相位冲击增大；BH5000R在线监测系统持续报警，现场停车后发现4#缸吸气阀阀片断裂。,缸

13、体振动趋势由40m/s2增大到80m/s2左右,外吸温度1及外排温度1温度逐渐升高,机组4#缸3月-5月运行状态图,典型案例1气阀阀片断裂,诊断结论从气阀温度趋势分析：吸气阀及其对应的排气阀温度存在升高趋势。从振动趋势上分析：伴随气阀温度的异常升高趋势，4#气缸缸体振动峰值显著增大；综上分析可知，4#气缸吸气阀出现气阀泄漏故障。维修建议及结果建议根据现场生产情况及时检查4#缸吸气阀情况；现场从生产方面考虑，延迟了检修时间，2011年5月24日停车检修，发现4#缸吸气阀阀片断裂。,典型案例1气阀阀片断裂,典型案例1气阀阀片断裂,机组概貌图,典型案例2 拉缸,典型案例2 拉缸,故障摘要（介质：瓦斯

14、气）2011年8月10月，西北某石化公司两缸卧式往复压缩机1#缸运行过程中拉缸故障。故障现象如下：2个月左右时间内，活塞杆沉降量相对变化量超过500m，沉降波形在缸头处存在现出剧烈波动；缸体振动冲击峰值异常增大，由8月初20m/s2增大到10月初接近50m/s2，振动波形也在缸头处出现强烈冲击；BH5000R在线监测系统持续报警，现场停车后发现支撑环、活塞环已发生严重磨损，缸头处存在严重拉缸。,活塞运行不平稳，存在波动,1#缸缸体振动9月后存在逐渐增大趋势:开始拉缸,机组1#缸8月-9月运行状态图,典型案例2 拉缸,8月中旬相对8月初，1#缸活塞杆沉降增大超过500微米，系统报警，并通知现场,

15、诊断结论从活塞杆运行趋势上分析：活塞杆沉降量异常增大，相对变化超过500微米，超过报警线，沉降波形在缸头处存在显著波动；从振动趋势上分析：伴随活塞杆沉降异常变化趋势，1#气缸缸体振动峰值显著增大，也缸头处存在严重冲击；从气阀温度趋势分析：气阀温度无明显异常。综上分析可知，1#气缸支撑环、活塞环发生磨损，缸头处可能已存在拉缸。维修建议及结果建议立即停车检修1#气缸磨损情况；现场从生产方面考虑，延迟了检修时间，2011年10月8日停车检修，开缸后发现缸头处已存在严重拉缸。,典型案例2 拉缸,缸头处存在拉缸,该机组压缩介质含杂质较多,典型案例2 拉缸,典型案例3 撞缸,典型案例3 撞缸,故障摘要 2

16、012年6月7月，西北某石化公司往复压缩机2#缸运行过程中出现撞缸故障。故障现象如下：2#缸缸体冲击振动异常增大，在2012年6月运行期间振动趋势由30m/s2 左右逐渐增大至超过120m/s2，7月6日上午10：30左右振动趋势异常增大至200m/s2以上振动波形显示活塞在内止点出现剧烈冲击；BH5000R在线监测系统持续报警，现场及时停车，发现2#缸十字头紧固螺母出现松动导致活塞在气缸内侧出现撞缸。,历史运行状态图,曲轴箱振动趋势异常增大,2#缸缸体振动趋势异常增大,典型案例3 撞缸,2#缸撞杆前缸体振动振动监测图,典型案例3 撞缸,诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内2#缸振动值异常增大，

17、活塞位于内止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在撞缸故障；判断2#缸出现撞缸故障，可能原因包括：缸体内掉入杂物、活塞杆紧固原件松动。维修结果现场及时停车，发现2#缸十字头紧固螺母松动。由于在线监测诊断系统及时报警，现场在故障进一步恶化前及时停车，避免了重大事故的发生；,典型案例3 撞缸,典型案例4 连杆螺栓断裂,故障摘要 2013年8月，西北某石化公司往复压缩机2#缸运行过程中出现连杆断裂故障。故障现象如下：2#缸缸体冲击振动异常增大，30分钟内由20m/s2 左右快速增大至超过200m/s2，振动波形显示活塞在外止点出现剧烈冲击；发动机曲轴箱振动有效值快速增大，由8mm/s左右快速增大超过4

18、0mm/s；BH5000R在线监测系统持续报警，现场及时停车，发现2#缸连杆出现断裂。,发动机曲轴箱振动监测,典型案例4 连杆螺栓断裂,曲轴箱振动趋势异常增大,诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内2#缸振动值异常增大，活塞位于外止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在严重的撞缸；伴随故障的逐渐发展，发动机曲轴箱振动速度有效值异常增大，最大超过40mm/s，说明发动机整机振动能量异常增大；判断发动机1#缸出现撞缸故障，可能原因包括：缸体内掉入杂物、连杆断裂或活塞断裂。维修结果现场及时停车，发现连杆螺栓出现断裂。由于在线监测诊断系统及时报警，现场及时处理避免了故障进一步恶化；,典型案例4 连杆螺栓断裂

19、,典型案例4 连杆螺栓断裂,典型案例5 活塞杆断裂,故障摘要 2011年11月12月，西北某石化公司往复压缩机1#缸运行过程中出现活塞杆断裂故障。故障现象如下：1#缸缸体冲击振动异常增大，在2012年11月运行期间振动趋势由50m/s2 左右逐渐增大至超过180m/s2，12月2日下午17：04左右振动趋势异常增大至200m/s2以上振动波形显示活塞在内止点出现剧烈冲击；1#缸活塞杆沉降趋势存在500m以上的异常波动，机组停车前活塞杆沉降趋势出现2000m左右的突变。BH5000R在线监测系统持续报警，现场，发现1#缸活塞杆断裂。,历史运行状态图,曲轴箱振动趋势异常增大,1#缸活塞杆沉降趋势存

20、在异常突变,典型案例5 活塞杆断裂,1#缸缸体振动趋势异常增大,历史运行状态图,曲轴箱振动趋势异常增大,1#缸活塞杆沉降趋势存在异常突变,典型案例5 活塞杆断裂,1#缸缸体振动趋势异常增大,1#缸活塞杆沉降历史比较图,沉降趋势存在异常突变,典型案例5 活塞杆断裂,诊断结论缸体振动趋势上看，短时间内1#缸振动值异常增大，于外止点处时振动波形出现异常冲击，说明存在撞缸故障；活塞杆沉降趋势上看，短时间内1#沉降趋势异常突变。判断1#缸出现活塞杆故障。维修结果现场及时停车，发现1#缸发生活塞杆断裂故障；,典型案例5 活塞杆断裂,典型案例6 连杆大头瓦磨损,机组概貌图,故障摘要 2013年7月，中石油某

21、炼化一台往复压缩机运行过程中大头瓦磨损故障。故障现象如下：活塞杆沉降、偏摆趋势峰峰值均存在较大变化，偏摆峰峰值趋势相对变化量超过400m；两个曲轴箱振动测点均存在一定增大趋势，振动波动性在曲轴箱转角60o 120o左右冲击明显，且活塞杆位移波形的波动相位与缸体振动、曲轴箱振动波形的冲击相位一致。BH5000R在线监测系统报警。现场没有立即停车，直至润滑油压力降低自动停车，发现连杆大头瓦存在严重磨损。,典型案例6 连杆大头瓦磨损,典型案例6 连杆大头瓦磨损,大头瓦磨损照片,典型案例6 连杆大头瓦磨损,机组历史运行状态图-润滑油油压低联锁 清洗滤网后开车,典型案例6 连杆大头瓦磨损,1#缸历史运行

22、状态图,典型案例6 连杆大头瓦磨损,1#缸振动波形分析,典型案例6 连杆大头瓦磨损,曲轴箱振动波形历史比较：,正常时刻曲轴箱振动波形,故障时刻曲轴箱振动波形,典型案例6 连杆大头瓦磨损,采用理论动态压力技术分析该缸连杆受力：,理论动态压力,大头瓦理论动态载荷：X/Y方向,典型案例6 连杆大头瓦磨损,大头瓦磨损照片,JL石化炼油厂新氢压缩机吸气阀泄漏早期预警,C1102B机组2#缸外吸温度2从10月27日起逐渐升高了14oC左右，触发BH5000R系统报警。诊断人员进而分析发现：2#缸缸体振动趋势由3m/s2左右增加到6 m/s2左右；振动波形在气阀开启处冲击增大。,外吸温度2逐渐升高了14oC

23、左右,2#缸缸体振动存在增大趋势,图3 C1102B机组2#缸历史运行状态图,气阀泄漏的关键征兆1温度,缸体振动在吸气阀开启处冲击增大,图4 C1102B机组1#缸缸体振动历史比较图,气阀泄漏的关键征兆2吸气阀开启角处振动冲击增大,诊断分析结论：C1102B机组2#缸吸气阀存在泄漏。检维修确认：2#缸吸气阀泄漏，准备进行更换。在泄漏早期就已预警，避免了泄漏可能带来的恶性事故,及时停机检查的气阀,DG石化 往复压缩机支撑环磨损故障预警,诊断人员发现，300K102A机组4#缸活塞杆沉降与偏摆量在2012年2月14日至15日开车期间均存在显著异常变化趋势，偏摆、沉降波形直流和交流均有变化，触发BH

24、5000R系统报警，；4#缸缸体振动在2012年2月14日至15日开车期间振动波形显示整周期内能量均有增长。,活塞杆偏摆相对变化量接近500m,触发BH5000R报警！,图4 机组1#缸活塞杆偏摆监测图,磨损的关键征兆1偏摆量,缸体振动波形整周期内能量均有增长,磨损的关键征兆2全周期内振动能量增长,诊断结论4#缸可能存在的故障包括：支撑环、活塞环磨损，填料函存在磨损。建议现场及早对4#缸进行开缸检查，重点检查活塞环、支撑环以及填料函的磨损状态，并查看活塞杆表面是否有划痕。避免发展为拉缸等严重故障。,及时停机检查的支撑环磨损情况水平垂直均有磨损,CQ石化氢气往复压缩机 活塞盖帽松动早期故障预警,

25、关键征兆1：1#缸沉降测点交流量趋势突变BH5000R特有图谱,11月30日突变、报警,沉降交流量无标准可参照，无其他国内外经验可循，为诊断人员数年来依据BH5000R在线监测数据，经过努力探索和总结提出的报警方法，得到成功应用。,关键征兆2：沉降量突变、振动冲击不稳定,缸体振动冲击详细分析,诊断结论,从活塞杆沉降历史比较图上分析：1#缸活塞杆沉降量（直流量）在2011年11月30日11月30日发生突变，变化量达到1000um，活塞杆沉降量峰峰值（交流量）也发生显著变化，由200um变化到600um；同时，缸体振动增大，由17.51m/s2增长到68.51m/s2，主要体现在220度相位增大。

26、综合分析得知：2缸活塞组件出现松动类故障。,停机检查发现活塞盖帽松动。由于系统报警准确，诊断人员响应快速，与诊断人员间沟通良好；现场及时停机，避免了发展为严重撞缸甚至活塞杆断裂事故及可能带来的更大损失。,及时停机检查的活塞,冯坤 13811317400,透平压缩机组监测与诊断理论、基础与案例,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机

27、械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,三、旋转机械故障诊断案例四、滚动轴承与齿轮冲击性故障分析4.1 轴承/齿轮箱故障分析手段4.2 案例分析,交流提纲,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,157,驱动,透平机械分类,按主被动方式,气体

28、压缩机,容积式,透平式,往复式,回转式,活塞式,柱塞式,隔膜式,罗茨式,叶氏式,螺杆式,滑片式,离心式,轴流式,斜流式,复合式,按压缩气体的方式,透平压缩机组分类,159,透平压缩机组工作范围,为什么监测诊断,真实照片,燃驱离心压缩机组,汽驱离心压缩机组,燃驱离心压缩机组,让我们看看为了保护机器，人们都做了哪些工作（仅限于监测诊断方面）,径向位移传感器测量部位：轴颈,轴向位移传感器测量部位：轴颈,轴承温度传感器测量部位：轴承,1H,1V,1A1、1A2,动画演示两种涡流传感器,在线监测完备性相对振动与绝对振动,轴振,瓦振/壳振,研究相对振动的力学模型,研究绝对振动的力学模型,地面,xo,yo,

29、不完备案例1绝对振动不完备：2011-1月，某电驱离心压缩机组机壳封堵螺栓断裂，而振动在线监测系统无反应。,不完备案例2工艺量不完备：2011-3月，某燃气轮机-离心压缩机组,燃气轮机静叶片烧毁，而振动在线监测系统无反应。,机组状态监测从传感器端到分析端,振动信号转化为电信号后的传输过程,信号由面板接出,机组上的振动传感器,数采工控机与中间件服务器,中间件服务器（转发储存数据）,数采（采集发送信号）,网线(数据传输),电缆(信号传输),机柜(隔离保护),光纤传输,数采采集、计算后的数据网络传输,客户端计算机及其显示界面,辽化稀烃厂监测站,现在，来看一下网络化实时监测诊断系统的整体结构,各分公司

30、内部局域网,网络化设备监测诊断信息管理系统,集团级,远程监测诊断中心构成介绍,VPN专线,远程监测诊断中心构成,工程展示中油远程中心,中心级监测系统介绍,我们先从外围宏观上了解了在线监测系统的组成、结构，现在我们来从内部细观上了解一下振动的产生、测量和分析这会涉及：振动分析、故障机理、频谱分析,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,可以说：运转中的各种机器，各个部件都发生着不同程度的振动。旋转机械监测诊断系统重点监测哪种机器的哪个部件的振动呢？答：

31、旋转类机械-如汽轮机（Turbine,透平）、烟机、离心压缩机，即：其主要工作部件转子旋转运动的机械。旋转机械监测诊断系统的传感器测量到的信号，多数是转子上某些部位的振动情况,什么是振动？让我们暂时抛开学术上那相对枯燥的定义，先看到以下事实：,让我们暂时先剥开机器的外壳，仅仅把转子拿出来看振动是如何产生又是如何被测量的。,离心压缩机,汽轮机,齿轮箱,透平压缩机组型式,烟机-离心压缩机轴流压缩机电动/发电机,串联轴系多级压缩机组,透平压缩机组型式,大型四机组,串联轴系多级压缩机组,透平压缩机组型式,串联轴系多级压缩机组,透平压缩机组型式,大流量、高压比,串联轴系多级压缩机,透平压缩机组型式,等温

32、高效离心压缩机组,高效 92%,透平压缩机组型式,高参数、高性能、高可靠性、智能控制 多工况、多干扰、非定常理论 基本级、主辅设备、机组之间的耦合关联极端条件下关键部件的动态特性与长周期运行网络化监测和智能化技术,214,混流式多级压缩机,透平压缩机组型式,汽轮机转子,6.1 概述,大型蒸汽轮机转子,透平压缩机组型式,DSE中心实验平台,多跨转子自动平衡实验台,透平机组故障自愈调控实验台,转子振动实验台,压缩机变工况实验室,217,透平(汽轮机）结构与原理了解,汽轮机工作原理(视频),汽轮机,透平(汽轮机）结构,透平(汽轮机）结构,透平(汽轮机）结构,226,汽轮机高压转子,汽轮机低压转子,透

33、平(汽轮机）结构,蒸汽透平机叶片断裂,汽轮机现状,汽轮机现状,蒸汽透平机叶片断裂,蒸汽轮机掉叶片事故,230,透平（离心压缩机）结构与原理重点,离心压缩机(视频),232,离心压缩机组事故,离心压缩机组事故,234,但是压缩机故障频发，停机损失严重，连续运行周期是国外的1/2-2/3，重特大事故时有发生。,离心压缩机叶片“扫堂”事故,离心压缩机叶片“扫堂”事故,离心压缩机叶片“扫堂”事故,离心压缩机,气缸,轴承,转子,密封,两段8级双吸气式转子结构图,一段3级单吸气式结构图,气缸水平剖分式,气缸筒形,转子,主轴,叶轮,平衡盘,推力盘,转子,叶轮,平衡盘,主轴,转子,叶轮,平衡盘,单轴多级转子,

34、平衡盘,推力盘,叶轮,主轴,单轴串联轴系多级转子,闭式叶轮,闭式叶轮,半开式叶轮,半开式叶轮,离心式压缩机单个叶轮能产生较大的轴向力。若多个叶轮顺排，轴向力为每级叶轮轴向力之和，累积后转子总的轴向力将很大。因此，只要在结构上允许，往往对称布置叶轮（可降低较大的轴向力）。,250,平衡盘作用,为降低轴向力，常采用平衡盘来平衡轴向力，平衡盘总是设在转子的高压端处，平衡盘外缘于气缸间设有迷宫密封，其一侧为压力最高的末级叶轮，另一侧与压力最低的进气管相通，其两侧的压差使转子受到一个与叶轮轴向力反向的力，其大小决定于平衡盘的受力面积。,251,平衡盘作用,平衡盘可将大部分轴向力（大约70的轴向力）平衡掉

35、，但通常总要留下10000N左右的残余轴向力（大约30的轴向力)，由推力轴承来承担，以防止转子产生轴向窜动。,推力盘,轴瓦组合径向瓦+推力盘+推力瓦,推力盘+推力瓦,径向瓦,推力盘,推力盘,推力盘,推力盘+推力瓦,下瓦碎裂,径向瓦碎裂,透平压缩机组推力轴承故障,推力轴承严重损坏,透平压缩机组推力轴承故障,259,问题：几级？,问题：几级？几段？,转子,主轴,平衡盘,转子,平衡盘,径向轴承,轴承,推力轴承,径向轴承发展,圆筒瓦,椭圆瓦,可倾瓦,径向瓦的种类,圆瓦椭圆瓦多油楔瓦多油叶瓦可倾瓦,可倾瓦,可倾瓦,压气机转子,涡轮转子,动画演示转子运转形态进动（Precession）,动画演示键相传感器

36、与（绝对）相位测量,实际机械产生的振动是何种形态？,机械振动分类,稳 态 振 动周 期 振 动简 谐 振 动周 期 振 动 非 周 期 振 动衰 减 振 动准 周 期 振 动随 机 振 动,这么多的机械振动中最简单的一种：,简谐振动三要素幅值、频率、相位,振动参数、振动术语简介,瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时的数值。峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。均值(Mean value)又称平均值或直流分量。有效值(Root mean square value)又称均方根,xp,x=x(t),复杂振动的幅值参数,振动测试技术-名词术语,通频振动：原始的振动。基频振

37、动：与机器工作转速频率一致的振动，通常又叫做工频振动。,振动测试技术-名词术语,同步运动 与转速频率变化保持一定比例关系的振动频率分量。一般是指与旋转频率的整数倍关系或是分倍数关系：1X、2X、3X、1/2X、1/3X 异步运动 与转速频率无关的频率振动分量。,问题：实际信号一般比较复杂，能否用简单的正弦波去描述一个复杂的信号呢？！,傅里叶变换Fourier Transform,既然如此，怎样直观地展示一个相对复杂的信号到底由哪几个正弦波组成？,答：频谱！,什么是振动信号进行频谱分析绝大多数机械振动信号是包含各种频率成分的复杂波形，各种频率成分以频率为横坐标,按频率由低到高排列起来的谱图，就叫

38、做频谱。频谱有幅值谱、功率谱、相位谱等，我们常用的是幅值谱，即纵坐标为振动信号幅值。如：,关于频谱的几个其他问题,机械故障的发生、发展一般都会引起振动信号的频率变化，主要有以下两方面：1）产生新的频率成分 2）原有频率成分会增长 通过这些变化，可以考察故障的类型和严重程度,为什么进行频谱分析,正常轴承振动信号,故障轴承振动信号,有关采样和频谱的几个基本概念,1.采样频率（fs）是指振动信号通过电路传入数采设备后，(通过A/D转换)转化为数字量的速率。也即：每秒钟采得的振动信号样本的点数。如果需要分析的最高频率为fmax，那么根据“采样定理”采样频fs必须至少是fmax的2倍，工程上，一般取2.

39、56倍。,此即为“采样定理”！别名：香农采样定理，奈奎斯特采样定理,2.采样间隔（Ts）采样频率的倒数，也即：每两次采样之间的时间间隔。,3.采样点数（Ns）数采设备采得的振动信号样本点的数目。,4.采样时间(t)数采设备采得全部样本点所需的时间。,5.分析线数(#lines)频谱图上有效的谱线数,6.频率分辨率(df，Hz)频谱图上相邻两谱线的频率间隔,7.总结上述各参数间关系：,8.示例,采样点数：1024点（1K）采样频率：2048Hz（2K）采样时间：0.5s采样间隔：约0.000488s分析线数：1024/2.56=400线频率分辨率：2048/1024=2Hz最高分析频率：800H

40、z,与旋转机械有关的几个概念：基频/工频/倍频/1倍频 synchronous 同步振动2倍频、3倍频高倍频 2X、3X(Also called harmonic,superharmonic,and supersynchronous.)谐波、高频谐波、超异步残振 residual oscillation/viabration 残余振动通频值 overall value0.5X、0.47X（Also called subharmonic and subsynchronous)亚异步振动、分频,这些概念，与转子的转速（rotate speed）紧密相关工频=转速(rpm)/60,单位：Hz,频谱告

41、诉了我们一个转子振动信号的组成，那么这些组成又能告诉我们什么呢？！,转子动不平衡故障波形、频谱及轴心轨迹分析,309 copyright 中国石油辽阳石化,波形为简谐波，少毛刺。轴心轨迹为圆或椭圆。1X频率为主。轴向振动不大。振幅随转速升高而增大。过临界转速有共振峰。,转子不平衡的类型,出现 2X 频率成分。轴心轨迹成香蕉形或8字形。轴向振动一般较大。,转子不对中故障的频谱,正确对中 e=0,=0,转子不对中的类型,平行不对中 e 0,=0,角度不对中 e=0,0,综合不对中 e 0,0,联轴节类型 不对中形式 振 动 特 征刚性联轴节 平行不对中 有2X成分 角度不对中 轴向振动1X成分大

42、轴向振动大，有2X及高次谐波齿式联轴节 径向振动可能有2X、3X、4X 联轴节两侧振动的相位常相反膜片联轴节 有nX 成分（n为螺钉数）,不同联轴节的情况,一、旋转机械状态监测概要1.1 旋转机械种类和从属关系1.2 旋转机械振动监测手段二、旋转机械振动故障分析2.1 旋转机械振动特点、频谱分析2.2 旋转机械监测诊断图谱的使用,交流提纲,1.轴心轨迹图2.波德图/极坐标图3.全谱、全息谱,如何使用一般旋转机械监测诊断系统（如BH5000C）中的专业图谱进行诊断,1.轴心轨迹图,动画演示轴心轨迹图测试原理,2.波德(Bode)图/极坐标图,2.波德(Bode)图/极坐标图,波德图(Bode P

43、lot)和极坐标图(Polar Plot)两者所含信息相同，都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律。极坐标图上曲线发生的变化，包含了机组状况的信息。虽然不能直接告诉我们变化的原因，但有助于寻找原因、采取应对措施。转子动力学,波德图极坐标图对监测、诊断起到什么作用?,华鲁汽轮机碰摩故障诊断某石化CO2压缩机碰摩故障诊断,波德图为什么重要？,12月26日某石化化肥厂K101高压缸大振动无法启机,高压缸振值逐渐上升，11月口头告知用户转子平衡恶化，继续运行存在风险，应尽快停机揭缸排查故障。,12月26，因工艺需要停车，但未揭缸。,A=F/K,27晚-28日凌晨，3次开机因高压缸高振动失败；现

44、场人员紧急来电，经对机组历史数据和3次启机数据分析，当时明确告知用户机组已发生碰摩，并再次建议用户开盖检修。,28日，用户未采纳意见，又连续开车3次，均失败。,29日上午开始，用户最终不得不开盖检修，发现离心压缩机3段1级气封磨损严重。,故障诊断的象鼻子法！,3.全谱图/全息谱图,动画演示：如何用全谱图进行故障诊断,往复压缩机在线监测诊断技术应用交流,北京博华信智科技股份有限公司,往复机械在线监测诊断背景,往复压缩机是典型的往复机械，目前被广泛应用于采油、采气、炼化、输气管道等行业中。由燃气发动机驱动的往复压缩机组是目前地下储气库的核心设备，与离心压缩机、轴流压缩机等旋转设备相比，具有压力适用

45、范围广、压缩效率高、工作压力稳定等特点，但是由于往复运动特点，机组故障发生频率高、检维修周期短。由于机组工作环境恶劣，压缩介质危险，若不能及时发现并排除故障，易引发重大安全事故，造成人身伤亡、生产损失。,往复机械在线监测诊断背景,机组爆炸现场,338,为往复机械提供有效的早期预警、在线监测诊断系统势在必行。,往复压缩机在线监测诊断背景,活塞杆断裂,活塞杆断裂,往复压缩机在线监测诊断背景,连杆螺栓断裂,拉 缸,往复压缩机在线监测诊断背景,往复在线监测诊断现状,截止到2016年12月，中石油大庆石化、辽阳石化、大庆炼化、兰州石化、北京天然气管道有限公司、长庆油田等20多家企业，已对近360台往复压

46、缩机进行在线监测，其中燃气发动机驱动机组约30台。此外，中石化燕山石化，扬子石化，茂名石化，以及中海油海上平台已有近30台往复压缩机安装在线监测诊断系统。,已建成目前国内最大的远程在线监测诊断中心。,监测机组数量：1000多台关键机组，往复机组分布为黄色标记,用户分布：42家石油、石化企业,往复压缩机在线监测诊断现状,往复压缩机在线监测诊断现状,截止到2014年5月，中石油远程诊断中心（包括北京分中心）利用已上线的BH5000R远程监测诊断系统积累故障案例98个，其中活塞杆断裂、活塞断裂、撞缸、拉缸、液击等严重故障16个，支撑环、活塞环磨损、泄漏、气阀泄漏、阀片断裂等常见故障70个，大头瓦磨损

47、等疑难故障5个，仪器仪表故障2个，辅助系统故障4个，机组设计类故障1个。,往复压缩机在线监测诊断现状,2013年往复故障诊断案例,往复压缩机在线监测诊断现状,往复压缩机在线监测诊断现状,往复压缩机在线监测诊断现状,往复压缩机常见故障类型,往复压缩机故障数据统计,往复机械易损件多，85.3%属于设备本身故障。,运动部件,密封部件,结论：1、运动部件多、运动复杂2、关键部件必须监测,1、常规故障：,气阀类故障,活塞组件磨损故障,填料组件磨损故障,往复压缩机常见故障类型,1、常规故障,故障特征：故障发生时间较长，故障破坏力弱，现场容忍能力较强,故障诊断方法：根据温度、振动、沉降趋势进行状态分析，结合

48、冲击相位、转速、机组排气量进行诊断,故障处理紧迫性：机组暂无重大故障风险，可根据生产状况合理安排检修,在线监测诊断系统作用：实时追踪，准确诊断，早期预警，为检维修提供数据支持,往复压缩机常见故障类型,2、恶性故障：,拉缸,活塞杆断裂,撞缸,活塞紧固元件松动,往复压缩机常见故障类型,2、恶性故障,故障特征：故障发生时间短，故障破坏力强，现场无法长期容忍,故障诊断方法：根据曲轴箱振动、活塞杆位移峰峰值、活塞换向点冲击进行故障快速定位,故障处理紧迫性：急，机组存在重大故障风险，需要及时停车,在线监测诊断系统作用：敏感捕捉，及时报警，防止故障恶化造成严重事故。,往复压缩机常见故障类型,往复压缩机故障模

49、拟实验台,往复压缩机故障模拟实验台,358,往复压缩机故障模拟实验台,往复压缩机故障模拟实验台,往复压缩机实际故障照片,往复压缩机实际故障照片,往复压缩机实际故障照片,往复压缩机在线监测手段,键相监测,往复压缩机在线监测手段,温度监测,往复压缩机其他传感器安装,往复压缩机在线监测手段,往复压缩机其他传感器安装,往复压缩机在线监测手段,往复压缩机其他传感器安装,往复压缩机在线监测手段,曲轴箱振动传感器安装,往复压缩机在线监测手段,现场仪表安装,往复压缩机在线监测手段,BH5000监测系统组成,各类传感器防爆接线箱双屏蔽电缆专用机柜信号隔离器数采器数据应用管理器,1.气阀温度 热电阻 用途：测量进

50、/排气阀温度，监测气阀故障。2.活塞杆位置（沉降/水平）电涡流传感器（API670）用途：测量活塞杆位置，监测支承环、活塞环、十字头等故障。3.十字头冲击信号 加速度传感器 用途：测量冲击信号，监测拉缸、水击、连接松动等冲击类故障。4.曲轴箱振动 速度传感器（API670）（GB7777）用途：测量振动速度信号，监测基础振动、壳体振动、不平衡类故障。5.键相信号 电涡流传感器（API670）用途：提供信号采集触发，用于故障诊断参考。,BH5000监测系统组成,BH5000监测系统组成,BH5000监测系统组成,支持72个通道，用户可以根据需要来配置；支持在线间隔和连续采集，72个通道任意配置使