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压缩机轴位移异常分析及处理方案

发表时间：2021/5/28 来源：《基层建设》2021年第2期作者：莫锦文

[导读] 摘要：压缩机在工业上应用极为广泛，其轴系联锁保护仪表系统的日常在线维护是必不可少的。

        鹤山市民强五金机电有限公司广东鹤山 529700
        摘要：压缩机在工业上应用极为广泛，其轴系联锁保护仪表系统的日常在线维护是必不可少的。针对压缩机振动和位移接线箱维护工作中，出现联锁恢复瞬间产生联锁停机的故障，经检查发现为轴位移联锁。因此确保压缩机在使用时具备良好的使用性能，是当前负责工业生产设备维修和维护的工作人员的主要责任和义务。
        关键词：压缩机轴；位移
        引言
        压缩机为单轴4级压缩，壳体为水平剖分式结构，首级叶轮与次级叶轮间配套推力+径向组合轴承，用于承受转子支撑及轴向作用力。末级叶轮背面配套径向轴承，用于承受转子径向力，径向轴承采用可倾瓦轴承，推力轴承采用米歇尔型轴承。压缩机转子采用一套轴位移监测系统，用于测量转子运行过程中的窜动情况。一旦出现异常则会触发联锁报警或跳车，保护机组以避免推力轴承瓦面损伤，以及转子与定子碰擦。轴位移测点固定在进气侧轴承座壳体上，方向由排气侧指向进气侧，测向一级叶轮背面。
        1压缩机轴系振动及位移仪表测量原理
        压缩机轴系振动及位移仪表的测量原理为电涡流原理：测量探头是系统的一个重要组成部分，负责采集、感受被测信号，能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。其中线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及稳定性。当传感器探头内线圈通入由框架仪表电源经前置放大器送入的一个交变电流时，在探头线圈周围形成磁场。如果将一个导体放入该磁场，根据法拉第电磁感应定律，导体内会激发出电涡流。根据楞兹定律，电涡流的磁场方向与线圈磁场方向正好相反，而这将改变探头内线圈的阻抗值。该阻抗值的变化与线圈到被测物体之间的距离直接相关。传感器探头连接到框架仪表，框架仪表内置程序根据从传感器探头内获得电压值的变化量，并以此为依据，计算出对应的距离值。电涡流传感器采用比例因数将系统输出转换成位移值。在一个很宽的位移范围内保证比例因数不变。在系统线性范围内，才能用比例因数计算位移值。
        2故障原因
        2.1轴位移联锁的原因分析
        压缩机组振动和位移都设置了联锁，为什么轴位移总是出现故障？需要从探头的检测原理来分析：探头与被检测物体之间的间隙变化，转变为电压信号经前置放大器输入到框架仪表，根据不同的测量参数的要求将其输出电压的直流部分用做位移量的检测信号，交流部分用做振动值的检测信号。振动探头检测的是前置放大器输出电压的交流分量的峰值，反映的是旋转机械径向振动状况，即轴振动测的是交流信号，在预防性维护作业过程中，拆卸振动信号线，信号输出被中断，自然就没有交流信号了，所以振动信号就为零。而轴位移探头检测的是前置放大器输出电压的直流分量，相当于算数平均值，反映的是旋转机械的轴向位置情况。即轴位移测的是直流信号，在线作业过程中无论信号线是否断开，框架表都能测到直流信号。电涡流传感器一般是探头靠近物体，前置放大器电压趋近于０，远离物体时，前置放大器电压输出趋近于电源电压。而轴位移测量一般是趋近时为负，远离时为正，即趋近时电流向４ｍＡ变化，远离时电流向２０ｍＡ变化。因此，如果轴位移探头信号输入至前置放大器的信号线断开，前置放大器输出电流会向２０ｍＡ变化，如果前置放大器连接框架仪表的信号线断开，电流会向４ｍＡ变化。当现场检查趋近器时，无论是断开趋近器的输入信号，还是输出信号，趋近器的输出信号都会向两个极端变化，这个过程就会跨过轴位移联锁设置点，触发框架仪表内的联锁设定值，发出联锁信号。
        2.2作业结束恢复联锁投用时发生停车的原因分析
        作业过程中在清洗紧固前置放大器接头时，断开信号线，造成前置放大器的输出信号最大，触发了联锁，由于联锁触发后框架仪表内有逻辑自锁功能，已经被触发的轴位移联锁信号一直被保持在框架表内，作业过程中联锁信号隐而不发是因为ＣＣＳ的联锁被旁路，一旦作业结束后ＣＣＳ恢复联锁，被框架仪表锁存的该联锁信号被释放，即刻造成联锁停机。正确做法应该是，作业结束后，对轴系框架仪表进行检查确认，用框架仪表内置的ＲＥＳＥＴ键，复位消除被锁存在联锁逻辑模块内的联锁信号，这样在恢复联锁后，就不会再有联锁信号发出。

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        3压缩机轴位移处理方案
        3.1方案1
        按首次反馈的零点位置，重新设置报警及跳车值。针对后期遇到的异常状况，再酌情调整。
        3.2方案2
        停机调整，具体做法：停空压机，冷却足够时间，拆除隔音罩。拆开空压机上壳体人孔盖，进入空压机进气侧轴承座上部，拆除轴承座上压盖。拆除空压机联轴器、排气侧轴承端盖及各项仪表，安装盘车器手动盘车，打表将转子找至零点位置。重新调整轴位移探头，回装各零部件及仪表。排除冷机时间、拆除隔音罩时间，设备检修时间预计需要48h。
        3.3方案3
        停机调整，具体做法：记录当前停机轴位移数据，在实际数据基础上分别减去0.9024mm（ZI40115A），0.8458mm（ZI40115B）。拆开空压机上壳体人孔盖及轴承座上压盖，手动调整轴位移探头。同时对照DCS数据，保证调整数据与计算的数据相同即可，恢复安装。该检修时间预计8h。需要指出的是，该方案前提是确认转子零点位置，实际意义与方案1并无多大区别。因压缩机揭盖检修耗费时间较长，严重影响生产计划，后续采用方案1计划执行，按程序申请调整联锁值重新调整轴位移。调整联锁值后，机组持续稳定运行期间未因轴位移异常发生联锁。压缩机推力轴承巴氏合金无磨损，瓦面状态良好。
        4管理上需要改进的问题
        4.1安全仪表在线作业前应进行详细的安全评估及风险分析
        压缩机轴系监测联锁仪表属于安全仪表管理范畴，尤其是在线作业，作业前要进行安全评估及风险分析，风险分析应建立在对系统及作业的每个环节十分了解熟悉的基础上。如果对压缩机轴系联锁保护仪表系统的机理不熟悉，很难分析出像该案例中清洗轴位移接头会发出联锁信号的隐患。
        4.2建立仪表分级管理策略
        仪表维护管理中，应根据仪表不同的位置和不同的风险等级，分别制定有针对性的维护策略。像压缩机轴系仪表这种高风险的在线作业，应从管理上划归到Ａ级作业，从作业环节到确认环节都应该非常重视。
        4.3制定有针对性的作业指导书
        针对具体的典型的作业，应编制详细的作业指导书，规范每一步作业，像该案例中作业结束后必须检查框架仪表，确认有没有联锁值被锁存，是否在投用系统时进行了有效的复位等。如果严格按作业指导书做，就不会重复发生同样的问题。
        4.4对压缩机轴系仪表联锁系统进行优化改造
        可以考虑把框架仪表的联锁、保持、复位功能和ＣＣＳ上的联锁功能进行统一优化设计，通盘考虑，避免功能分散在不同的主机上引起管理上不便及混乱。
        结束语
        综上所述，如果压缩机的转子出现了失稳情况，或者轴位移出现了故障，将会导致压缩机中转子的径向振动和轴向振动无法顺利完成，从而影响整个生产机组的正常运行，因此必须要通过高端轴承的设计以及动力学分析，提高压缩机的使用效率。
        参考文献：
        [1]兰洋，杨旭.离心压缩机轴承位置对转子稳定性的影响[J].中国设备工程，2017（11）：120-122.
        [2]闫锋，王铁夫，马文坚.齿式压缩机气流激振故障诊断与治理[J].中国高新技术企业，2017（02）：72-73.
        [3]兰洋.离心压缩机设计中提高转子稳定性的方法[J].中国设备工程，2016（06）：64-65.