（中国电建集团山东电力建设有限公司 山东省济南市 250102）
摘要：管道应变在影响转动机械性能方面是最严重的危险点，科学合理的进行管道应变的诊断，是保证转动机械良好运行的最佳实践方法。本文针对转动机械在冷态、热态两种状态下，管道应变产生的原因和诊断方法进行了详细的阐述，为快速解决管道应变的问题提供了较好的实践方法。
关键词：管道应变、冷态、热态、连轴器
引言
目前管道应变已成为转动设备提前报废的主要原因之一。根据各行业文献调查，60%的转动机械故障是由于管道应力的施加，造成联轴器不同心而引起的。该问题通常是由于管道连接方法不正确或运行过程中管道的位移量超过设计值，从而导致联轴器失调。该研究与分析目的是为现场工程师提供通用的诊断指南，以识别和纠正由管道应变引起的机械偏差。
管道应变是由于转动机械连接处受力过大而引起的一种情况，从而导致错位而引起管道振动过大。联轴节对中超过0.05mm的变化表明连接处负荷过大。本文针对冷态或热态两种状态下的转动机械，进行以下管道应变研究与分析。
1 管道应变引起的振动症状
无法采用简单的方法来判断转动机械是否由于管道应变而引起联轴器不同心。然而，转动机械的振动现象可以表明管道应变状态存在。以下是管道应变可能引起的与振动有关的失调现象。从安装在机械外壳上的振动传感器(绝对测量)收集的数据或使用测量探头获得的轴的相对读数(相对移动)中可以判断出问题的所在。
1.1 从转动机械壳体振动读数中观察到的主要失调现象有:
（1）跳动频率高；（2）轴向振动幅度大；（3）联轴器180度相位差较大。
1.2 从轴的相对读数观察到的主要失调现象有：
（1）驱动端和非驱动端的荷载量超载引起的偏移；
（2）轴中心线指示异常导致的轴偏移。
（3）测试感应探头显示的数值偏差；
（4）振动检测系统显示了不同的状态下的振动数值；
（5）振动测试对载荷变化敏感度较高。
1.3 其他可能的导致转动机械应变的问题如下:
轴承内在质量问题；密封、轴或联轴器失效；高轴承座或油温异常；地脚螺栓松动；联轴器磨损、锁紧失效；轴弯曲或轴失效。
2 管道应变的分析与研究
如果发现有上述所提及的相关问题存在，可以使用所附的处理流程来分析 (见图2-1,2-2转动机械冷态、热态下管道应变的分析与研究流程图)，这些图表描述了识别转动机械中管道应变条件的系统方法。诊断流程图包含了大多数转动机械常见的两种情况，即冷态和热态两种状态转动机械应变情况。
如果驱动和被非驱动设备都连接到外部管道，例如:驱动泵的汽轮机，则首先对振动症状最明显的汽轮机执行上述调查程序。如果没有确定管道应变的来源，则将采用同样的程序对泵进行分析与研究。
图2-2 转动机械热态下管道应变的分析与研究流程图
2.1 转动机械冷态下管道应变的分析与研究
假设转动机械不工作且热变化可以忽略的情况下，可测量管道的应变情况。按照检查与流程图的对比，当执行的检查一致时，遵循流程图“通过”路径；当执行的检查不一致时，遵循“不通过”路径。以下是流程图中有关决策所需检查的分析和研究：
2.1.1 审查安装数据
检查机械安装和管道安装程序和安装记录，并确认它们已按照API RP 686第4.8节的要求进行安装并验收。
2.1.2 外观检查分析
管道支架目的是用来减少和保护设备接口处承受过量荷载。一般采用固定支架、导向和限位支架等方式来防止接口处过载，控制管道移动和保护相关的旋转设备。针对以下方面进行检查分析：
（1）检查管道支撑状态，确认所有相关管道都得到了充分的支撑，并与支撑底座充分接触。观察底部垫片的状况，记录较差的管道接触和腐蚀情况。
（2）固定支架、导向装置、限位装置和锁紧装置应允许管道在远离固定点或导向点的地方自由膨胀和收缩，该部分应该符合管道设计和安装质量要求。
（3）弹簧支吊架状态：弹簧支架和吊架通常设计用于在管道连接处施加支承力，确保弹簧在指定的负载范围内工作。应注意支吊架的物理老化、腐蚀迹象和裂纹。
（4）膨胀节状态：膨胀节和波纹管应检查其功能和是否存在机械损坏，如损坏/腐蚀控制导向器。确保管道膨胀节能够自由移动，以接受任何由热应力引起的移动。注意:膨胀节通常只允许在一个方向上移动，通常是沿着波纹管的轴线。不应存在径向或旋转(扭转)运动，如有要求应进行相关分析。
（5）基础和垫片状态：应检查转动机械混凝土基础状态,是否存在裂缝和任何可能影响其支撑性能的问题。此外，还应检查地脚螺栓完整性以及转动机械底板与基础之间垫片的间隙是否满足安装要求。
（6）轴承检查：在容易检修和打开轴承的转动机械上，应检查轴承和密封是否有摩擦或异常磨损的迹象。在进行下一阶段的检测前，所有目视检查的结果应予以记录和纠正。
（7）同类设备管道结构方面的比较：应将检查设备的管道结构与类似设备进行比较，管道结构的任何显著差异都应突出显示并加以研究。
2.1.3 初步机械检查研究和分析
目视检查和必要校正后，应进行初步机械检查研究和分析，以确保冷态下转动机械找正数据满足要求。外部校准检查包括以下内容:
（1）检查转动机械跳动情况：检查连接在轴上的联轴器或部件的外表面相对于轴的旋转中心，参照以下三种情况：
图2.1.3-1 联轴器倾斜
（2）检查转动机械对中：使用百分表或激光校准仪确认机械校准符合制造商的要求，并记录读数。
（3）联轴器状态：检查联轴器是否有任何损坏。膜片式联轴器应检查是否有过度的挠性元件变形或开裂。除了检查润滑是否正确外，还应检查齿轮式联轴器是否锁紧。重新安装联轴器之前应确认检查以下内容：
每个连接螺栓按编号回装到原始位置；
a.确保所有螺栓的重量平衡，这样它们就可以安装在任何位置，而不会影响机械平衡。
b.如果任何螺栓损坏或丢失，请使用一套新的匹配螺栓。检查耦合寄标记位置，确保符合标准要求。
c.轴弯曲：使用百分表检查轴的弯曲，如果有弯曲现象，检查并处理跳动值控制在0.05mm。
d.着色检查（如果可行）：在实际操作时，应对轴承进行着色检查，即当轴可手动旋转且可接近轴承时。着色检查可以提供关于机械内部校准条件的常规信息。
e.轴承磨损情况：检查轴承是否有不正常的磨损情况，这些磨损现象可能是导致管道应变、机械设备内部失调的问题所在。
f.可观测的密封件检查：检查转动机械可观测的迷宫式密封或旋转部件是否有摩擦迹象。
2.1.4 管道应力检查
检验管道应变的基本方法是用百分表测量转动机械的轴承挠度，将管道从转动机械的法兰上松开。百分表可支撑在耦合设备耦合毂上。管道应变检测过程应遵循以下步骤：
（1）拆卸管道之前，进行相关数据的测量；
（2）拆除出口管线，记录轴端垂直和水平值；
（3）再次测量相关测量值，以估算入口和出口管道对校准条件的影响；
（4）与转动机械原始/供应商提供的设计值进行对比；
（5）检查进出口法兰安装情况，确认螺栓孔偏移量、法兰间隙、法兰平行度符合设计要求；
（6）轴在垂直或水平方向上的最大移动应该在0.05mm以内。如果轴移动大于0.05mm，则存在管道应变情况，需要进行调整校正。
（7）除了检查转动机械进、出口管道所产生的管道应变外，如润滑油排水管等任何附属管道所产生的管道应变，如果认为其影响可能很大，也应予以考虑。进、出口管道和附属管道联合产生的最大轴位移不应超过0.05mm。
2.1.5 管道应变修正程序
检查管道系统设计布局。检查所有的支撑，重点检查限位支架的结构变化、管道支撑结构的根部、检查所有弹簧支座、查看弹簧运行期间数据表(如果有的话)、检查弹簧支架上所需的负载(热负载、冷负载)。检查所有膨胀波纹管有任何损坏或变形；检查所需的设备负载。回顾管道应力分析和设备的负荷。如果需要，进行更新的管道应力分析；进行必要的管道改造，以减少设备的负荷。
2.1.6 进一步的检查
如果按照上述诊断程序后，机械的振动水平仍然不能接受，那么问题很可能与以下情况有关：
（1）管道应变程序实施：应审查已实施的管道应变修正程序，以验证其已按照上述修正程序实施。
（2）机械内部失调：通过对整机进行同心度检查来验证机械内部对准。应特别注意轴承座、套管配合及套管内轴承和密封件的同心度。任何偏差都可能需要机加工来纠正该问题。
（3）扭曲的机械外壳：应检查机械外壳，以确认没有导致机械内部不同心的变形。
（4）销钉或螺栓有缺陷：由于销钉/螺栓有缺陷，机械部件如轴承座可能与主套管不对准。任何有缺陷的销钉或螺栓应进行更换
2.2 转动机械热态下管道应变的分析与研究
对于热态状况下旋转的机械设备，应遵循与冷态检查类似的分析和研究。但是，需要测量由热应力应引起的转动机械偏移量，包括从冷、暖到正常工作状态的时间。在这种情况下，假设在旋转机械停机时无法测量管道应变，即，当机械在运行状态下达到热平衡时，由于热作用产生的热效应将引入管道应变。
测量转动机械的移动：测量机械运动的方法有很多种，使用哪种方法的决定取决于可用的工具和在给定的情况下什么是实用的。
2.2.1 百分表法
表盘指示器采用固定架来测量机械的绝对运动。固定架或磁铁式吸附架，使用这种测量方法，必须考虑由于振动和参考结构移动而引起的读数波动和误差。
2.2.2 近距离探测
接近探头也可以用来测量机械外壳随时间的绝对移动，要使用这种方法，通常需要为探头准备一个定制的夹具，以确保刚性和稳定的底座。
2.2.3 其它方法
激光对准和光学系统也可以用来测量机械对机械的相对运动或机械外壳的绝对运动。
3 结束语
转动机械在冷态、热态两种状态下，管道应变在转动机械方面的研究和分析，针对性提出了科学的检测和诊断方法，在常规的转动机械的维护过程中得到了应用和实践。本研究为目前最新的研究方法，借鉴经验较少，后续基于现场的实践需进行进一步的更新和研究，从而能够对转动机械的应变问题进行快速诊断。
参考文献
[1]API STD 610，石油化工、天然气工业用离心泵．
[2]API RP 686，机械安装和设计的良好实践．
作者简介
薛利（1970-），男，汉，工程师，主要从事电站设计管理工作。
滕平强（1976—），男，汉，工程师，主要从事火电工程和燃气增压站项目施工工作。