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本特利内华达帮助振动故障诊断
发布者:seashell 发布时间:2018/11/21 15:16:55 阅读:187

 1. 简介
  某国营大型石化公司气体事业部的一台离心氧气压缩机组-OC2501投运一年多来,多次发生振动跳机事件,严重威胁工厂的长周期安全运行,并且影响到整个公司相关装置的连续生产,该压缩机的主机厂是国家重点设备生产厂,也因此面临巨大的压力。
  该机组安装的是通用电气检测控制技术本特利内华达产品线的990/991变送器,测得的振动和轴位移值直接送到DCS系统并提供连锁保护。
  主机厂技术人员使用第三方测试仪表,从现场永久安装的本特利变送器990/991缓冲输出口采集数据,但数据显示振动幅值异常大,并且远高于DCS在没有检测振动时的振动值,因此怀疑本特利990/991变送器有问题,通用电气检测控制技术本特利内华达产品线销售团队在得知这个情况后,主动派其服务部的机械故障诊断服务团队前往现场采集、分析数据。
  本特利内华达的故障诊断团队到达现场后www.cechina.cn,使用的仪器是ADRE408,该仪器是本特利内华达新一代的高速动态信号采集、分析系统。由ADRE Sxp软件和408 DSPi (Dynamic Signal Procession Instrument 动态数据处理仪)多通道数据采集、处理仪器组成。能实施边处理、边显示,它集成示波器、频谱分析仪、滤波器、信号调制及数字信号记录仪于同一平台,特别设计适于网络环境,可通过LAN/WAN远程操作,还可以不依赖计算机独立运行和存储数据。本特利故障诊断服务团队重新检测了振动信号,分析出了振动成因,提出了解决问题的方案,并且找到了主机厂自己采集信号、分析数据失败的原因。
  机组及其变送器/探头布置图如下图1所示。
  轴振动使用990变送器,轴位移采用991变送器。探头为本特利8mm涡流探头,两种变送器的灵敏度系数均为7.87 ± 0.2 V/mm (200 ± 5.4 mV/mil)。

图1. 机组及探头布置图

  2. 主机厂的检测失败原因
  据称杭氧工程师之前使用的是第三方两通道数据采集仪器,需要外部供220Vac电源。具体型号不详。从990变送器的缓冲输出BNC口采集数据。
  下面是当时采集的谱图:

图2. 未使用990 Test Adapter的谱图

  图中可以看到,主要频率为50Hz及其倍频,数据在机组稳态下采集,而机组的稳态运行转速大约为16737RPM(机器的铭牌额定转速),278.95Hz;电机的转速是2950RPM,49.16Hz,电机的振动一般很小,且很难通过齿轮箱和联轴节传递过来。所以上述振动可以肯定是交流噪声干扰。经查是没有按本特利贴在变送器外表上的明显警告标志-必须使用适配器从缓冲输出接线所致。好在采集数据前采取了解保护措施,没有导致跳机。但国内有发生知名振动专家没有使用适配器采集数据时导致机组跳机的事故案例,这点应该引起重视。适配器的两个主要作用是隔离了采集仪器的外供电电源及解决信号的反向问题。
  讨论:如果该采集设备为干电池供电设备,应该没有问题;但实际上该设备需要外接交流供电www.cechina.cn,这样其电源地与信号系统4~20mA回路的公共端形成接地回路CONTROL ENGINEERING China版权所有,很容易串进交流干扰信号,从而埋没真正的振动信号。
  注意到要使用适配器后,用户进行了再次信号采集,频谱图如下:

图3. 使用990 Test Adapter后的谱图

  图中可以看到,幅值异常大,虽然频率未示出,但依然看到信号还是干扰信号。主要原因是虽然使用了适配器,但没有注意采集仪器的接地问题。这个问题在数据采集实践中经常被忽视。采集设备应该接地,供电电源应该干净是采集数据时总要首先检查和确认的,即使从本特利的3500监测系统上采集数据,采集设备也不能随便接外供电。笔者碰到过很多这样的实例,应引起重视。
  3. 本特利内华达振动检测及分析
  下图是使用ADRE408采集数据的趋势图,图中采集数据期间在解保护的前提下做了拔掉采集器接地的实验,可以看到,拔掉接地后同样出现了振动异常。

图4. ADRE 408采集的振动趋势图

  通过以上图可以看到接有适配器时如果没有接地,对振动的影响还是很大的,也是很明显的,最高可能达到50 um pp,接地后正常的振动值在15um pp以下,并且数据稳定,可以认为数据排除了干扰问题。
  为了排除低频噪声的干扰,上图使用了10~2000Hz的带通滤波,不过从通频趋势上来看,趋势上没有本质区别。另外,从上图还可以看到,振动在意外跳机前的大约5分钟,高压缸外侧的两个测点振动有上升趋势,如果没有停机,振动会增加更多,历史数据也显示高压缸外侧振动持续变大,是导致机组之前跳机的根本原因(本次采集振动尚未达到跳机值即意外跳机,跳机是其它非振动原因造成的)。

图5. 低压缸振动瀑布图

  低压缸瀑布图显示振动分量主要是转子的1X、2X倍频。

图6. 高压缸振动瀑布图

  图中可以看到,高压缸内侧主要是1X倍频,外侧有明显的低频分量。

图7. 高压缸外侧测点XIAS3508谱图

  从图7的高压缸外侧测点XIAS3508谱图可以看到一个幅值高于1X倍频的低频分量0.056X,即15.6Hz的振动分量。

 图8. 1X倍频的振动趋势

  上图可以看到,通频振动上升的过程中1X倍频是平稳的。
  考虑到振动的上升发生在稳态,且主要是低频分量的出现,因此得出故障的原因与管道振动关系密切,重点应该检查波纹管。
  主机厂后来给氧压机组高压缸出口管道更换了波纹管,以及对管道安装重新复检,并予以加固。经再次开车,没有再出现振动问题。
  至此,振动问题得以解决。最终用户和主机厂均满意,不再怀疑本特利的产品质量并感谢本特利团队的技术支持。
  4. 结论
  • 用户没有按要求接990 test adapter,采集的振动信号偏大www.cechina.cn,振动频率为50Hz及其倍频的原因是:采集的是交流干扰信号CONTROL ENGINEERING China版权所有,不是真正的振动信号。这种方式很危险,可能导致机组停机并误导状态监测。
  • 用户接了990 test adapter但其采集信号时没有按要求接地是导致采集的振动异常大的原因。
  • 正确接线并使用本特利ADRE408后,采集的数据可靠。
  • 机组主要振动波动的频率是15.6Hz,大约是转子转动频率的0.056倍。该频率应该不是转子动力问题。
  • 该低频振动频率主要出现在高压透平外侧,即出口侧,应该和出口侧的部件,如管道特别是波纹管。
  • 主机厂按本特利的故障诊断结论修改设计后,故障消除,最终用户和主机厂均满意,机器得以安全运行。

 
 

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