邵 瑞
临涣焦化股份有限公司，淮北 235141
摘要：汽轮机在运行过程中，由于设计、制造、运行等原因，经常会发生叶片损伤和损坏的事故，影响机组的运行安全。所以对机组运行实时的监测和故障分析尤为重要。本文利用大型旋转机械在线监测及远程诊断系统，结合振动相关理论，准确的分析出叶片发生了断裂故障。根据振动量级，评估故障的严重程度，预测机组可安全运行的时间。
关键词：在线监测；远程诊断；云诊断中心
1.故障现象描述
2018年01月27日23:34:15，某厂甲醇装置合成气压缩机组-汽轮机，在运行过程中四个通道出现了振动突变的现象，振幅幅值变化范围达25um左右，振值最大达55um；变化时间在1s以内。同一时刻，压缩机各通道振值变化范围不大。在振值变化时刻，汽轮机的润滑油压力、温度、各部轴承温度及轴位移均无明显变化。该机组2017年09月20日汽轮机非联端两通道出现过一次振值突变现象，变化范围在10um左右，幅值不超过30um。
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图1 合成气压缩机组总貌图
2.异常分析过程
汽轮机发生振值变化的时刻，主要以1X幅值变化为主（图2），且1X相位角度同步变化较为明显（图3）。
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图3 汽轮机1X相位趋势
振值变化后，两通道的波形频谱图内波形均呈现正弦波形，主要以1X能量为主，其它频率成分幅值较低（图4~图5）；轴心轨迹图呈椭圆形并且存在尖角，涡动范围扩大，未存在反进动（图6）。
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图6 汽轮机非联端轴心轨迹图
3.分析结论
综合以上机组异常分析，汽轮机转子再次出现了平衡性突变问题。可能的原因为转子、叶片等部件在运行中由于局部损伤或者垢层脱落导致。结合之前该机组出现过平衡性突变问题，有可能是二次损伤引起的平衡性突变。
从机组汽轮机振动上看，转子不平衡量级较大，这样的振动突变存在非常大的隐患，建议尽快停车检查处理；在机组没有停车前，必须严格监护运行，最大程度的稳定机组转速，以不调整机组负荷为佳。
因第一次突变时振动量级较小，评估转子虽发生断叶片故障，但仍可安全运行；运行一段时间后再次出现叶片断裂的现象，评估损伤较为严重，需尽快停车检修。
理论：对于由转子动不平衡所引发的振动（并且为工频的幅值及相位都发生了突变），首先，应进一步查看1倍频趋势图，看振值及相位有无再次或多次发生突变。若有，表明转子发生了二次损伤、多次损伤扩大故障，故障的程度往往比较严重；若无，表明转子没有发生二次损伤，故障的程度一般较为稳定，而且在一定的时间段内不大可能再次发生强烈振动。其次，应比较故障发生前后工频幅值变化倍数的大小。通常，故障后的工频振动值小于故障前正常值的2.5倍时，可以认为，虽然转子的动不平衡状况发生了比较明显的变化，但仍可继续监视运行；故障后的工频振动值为故障前的2.5倍到3倍以上时，则表明转子动不平衡状况的变化程度非常严重，应考虑停车。
4.汽轮机转子突发不平衡类故障特征
(1)振动值在短时间内（一般是秒级或毫秒级）突然大幅升高，在转速不变的情况下，振值稳定在一个较高的新水平上（或缓慢上升），轴位移、轴承温度等参数指标没有明显的同步关系；
(2)振动的特征频率主要以1倍频为主，占比在80%以上，在突变瞬间波形的波峰及波谷的峰值会出现跳变，随后波形呈现标准的正弦波；
(3)1X相位也会同步发生较大的变化，且同样为突变后稳定在某一角度；
(4)轴心轨迹重复性很好，涡动形状为椭圆形，涡动方向为正进动；
(5)在机组随后的运行过程中，振值随转速的变化可能会变得非常敏感和同步，对其它参数的变化反映反而不明显；
(6)机组停机过程中，通过临界转速时的共振峰值与以往停机时比较明显增大；再次启机时，可能会因为振动超标无法正常启机。
5.诊断结论
综合以上振动特征和图谱信息，分析汽轮机转子出现了突发性不平衡类的故障，推测转子叶轮或叶片出现了裂纹或部件脱落的故障，此类故障也经常出现在围带、拉筋、平衡块、铆钉头等部位的松动/脱落。对于凝气式汽轮机来说，断叶片又多数发生在末级、次末级，因为末级、次末级处于湿气区或干、湿汽过渡区，很容易产生水击、水蚀而造成叶片疲劳断裂。
6.故障发生的原因
在汽轮机故障中占的比例较大，给设备的安全、经济运行带来一定影响。导致此类故障常见的原因包括：
（1）设计原因：转子和叶片的固有频率与转速频率相近或重合造成共振，长时间运行造成疲劳损伤；
（2）运行原因：蒸汽参数低，蒸汽品质不良导致叶片出现腐蚀，或机组长时间处于超负荷、超极限值运行。
7.运行及检修建议
在出现振值二次突变前机组可维持运行；但需尽早做好抢修准备，根据监测以往出现此类故障的机组，一般出现一次断裂脱落后，间隔一段时间后，极有可能出现二次断裂;运行中保持蒸汽参数和各监视段压力、真空等在正常范围内，避免超负荷、超极限值运行；运行中加强对振动的监视，防止汽轮机因进冷水、冷汽或其他原因导致受热不均变形、动静间隙减小引起局部碰磨；尽量保持转速稳定，避免转速波动对振值产生大的影响；在检修准备尚未准备好之前，尽量避免因其它原因的停机，以免停机后无法再次启机;提前制定检修计划或安排备件转子;机组大修中，应对通流部分损伤情况进行全面细致地检查，做好叶片、围带、拉筋的损伤记录，做好叶片的调频工作。
8.故障处理
2018年3月31日，现场检修吊出上汽缸后发现第五级有两片开式叶片已断，返厂更换断裂叶片后，做动平衡，开机效果良好。
参考文献
[1]陈进.机械设备故障诊断及其应用，上海交通大学，2001年.
[2] 黄文虎，夏松波，姜兴渭等.故障诊断技术的现状与展望及其在大型汽轮发电机组中的应用，《动力工程》，1988年02期.
[3] 何正嘉、陈进等.机械故障诊断理论及应用，
高等教育，2010年.