本特利內華達幫助振動故障診斷
發(fā)布時間：2011-11-04 作者：www.xstr.xyz
1. 簡介
某國營大型石化公司氣體事業(yè)部的一臺離心氧氣壓縮機組-OC2501投運一年多來，多次發(fā)生振動跳機事件，嚴重威脅工廠的長周期安全運行，并且影響到整個公司相關裝置的連續(xù)生產，該壓縮機的主機廠是國家重點設備生產廠，也因此面臨巨大的壓力。
該機組安裝的是通用電氣檢測控制技術本特利內華達產品線的990/991變送器，測得的振動和軸位移值直接送到DCS系統并提供連鎖保護。
主機廠技術人員使用第三方測試儀表，從現場永久安裝的本特利變送器990/991緩沖輸出口采集數據，但數據顯示振動幅值異常大，并且遠高于DCS在沒有檢測振動時的振動值，因此懷疑本特利990/991變送器有問題，通用電氣檢測控制技術本特利內華達產品線銷售團隊在得知這個情況后，主動派其服務部的機械故障診斷服務團隊前往現場采集、分析數據。
本特利內華達的故障診斷團隊到達現場后，使用的儀器是ADRE408，該儀器是本特利內華達新一代的高速動態(tài)信號采集、分析系統。由ADRE Sxp軟件和408 DSPi (Dynamic Signal Procession Instrument 動態(tài)數據處理儀)多通道數據采集、處理儀器組成。能實施邊處理、邊顯示，它集成示波器、頻譜分析儀、濾波器、信號調制及數字信號記錄儀于同一平臺，特別設計適于網絡環(huán)境，可通過LAN/WAN遠程操作，還可以不依賴計算機獨立運行和存儲數據。本特利故障診斷服務團隊重新檢測了振動信號，分析出了振動成因，提出了解決問題的方案，并且找到了主機廠自己采集信號、分析數據失敗的原因。
機組及其變送器/探頭布置圖如下圖1所示。
軸振動使用990變送器，軸位移采用991變送器。探頭為本特利8mm渦流探頭，兩種變送器的靈敏度系數均為7.87 ± 0.2 V/mm (200 ± 5.4 mV/mil)。
圖1. 機組及探頭布置圖
2. 主機廠的檢測失敗原因
據稱杭氧工程師之前使用的是第三方兩通道數據采集儀器，需要外部供220Vac電源。具體型號不詳。從990變送器的緩沖輸出BNC口采集數據。
下面是當時采集的譜圖：
圖2. 未使用990 Test Adapter的譜圖
圖中可以看到，主要頻率為50Hz及其倍頻，數據在機組穩(wěn)態(tài)下采集，而機組的穩(wěn)態(tài)運行轉速大約為16737RPM（機器的銘牌額定轉速），278.95Hz；電機的轉速是2950RPM，49.16Hz，電機的振動一般很小，且很難通過齒輪箱和聯軸節(jié)傳遞過來。所以上述振動可以肯定是交流噪聲干擾。經查是沒有按本特利貼在變送器外表上的明顯警告標志-必須使用適配器從緩沖輸出接線所致。好在采集數據前采取了解保護措施，沒有導致跳機。但國內有發(fā)生知名振動專家沒有使用適配器采集數據時導致機組跳機的事故案例，這點應該引起重視。適配器的兩個主要作用是隔離了采集儀器的外供電電源及解決信號的反向問題。
討論：如果該采集設備為干電池供電設備，應該沒有問題；但實際上該設備需要外接交流供電，這樣其電源地與信號系統4~20mA回路的公共端形成接地回路，很容易串進交流干擾信號，從而埋沒真正的振動信號。
注意到要使用適配器后，用戶進行了再次信號采集，頻譜圖如下：
圖3. 使用990 Test Adapter后的譜圖
圖中可以看到，幅值異常大，雖然頻率未示出，但依然看到信號還是干擾信號。主要原因是雖然使用了適配器，但沒有注意采集儀器的接地問題。這個問題在數據采集實踐中經常被忽視。采集設備應該接地，供電電源應該干凈是采集數據時總要首先檢查和確認的，即使從本特利的3500監(jiān)測系統上采集數據，采集設備也不能隨便接外供電。筆者碰到過很多這樣的實例，應引起重視。
3. 本特利內華達振動檢測及分析
下圖是使用ADRE408采集數據的趨勢圖，圖中采集數據期間在解保護的前提下做了拔掉采集器接地的實驗，可以看到，拔掉接地后同樣出現了振動異常。
圖4. ADRE 408采集的振動趨勢圖
通過以上圖可以看到接有適配器時如果沒有接地，對振動的影響還是很大的，也是很明顯的，最高可能達到50 um pp，接地后正常的振動值在15um pp以下,并且數據穩(wěn)定，可以認為數據排除了干擾問題。
為了排除低頻噪聲的干擾，上圖使用了10~2000Hz的帶通濾波，不過從通頻趨勢上來看，趨勢上沒有本質區(qū)別。另外，從上圖還可以看到，振動在意外跳機前的大約5分鐘，高壓缸外側的兩個測點振動有上升趨勢，如果沒有停機，振動會增加更多，歷史數據也顯示高壓缸外側振動持續(xù)變大，是導致機組之前跳機的根本原因（本次采集振動尚未達到跳機值即意外跳機，跳機是其它非振動原因造成的）。
圖5. 低壓缸振動瀑布圖
低壓缸瀑布圖顯示振動分量主要是轉子的1X、2X倍頻。
圖6. 高壓缸振動瀑布圖
圖中可以看到，高壓缸內側主要是1X倍頻，外側有明顯的低頻分量。
圖7. 高壓缸外側測點XIAS3508譜圖
從圖7的高壓缸外側測點XIAS3508譜圖可以看到一個幅值高于1X倍頻的低頻分量0.056X，即15.6Hz的振動分量。
圖8. 1X倍頻的振動趨勢
上圖可以看到，通頻振動上升的過程中1X倍頻是平穩(wěn)的。
考慮到振動的上升發(fā)生在穩(wěn)態(tài)，且主要是低頻分量的出現，因此得出故障的原因與管道振動關系密切，重點應該檢查波紋管。
主機廠后來給氧壓機組高壓缸出口管道更換了波紋管，以及對管道安裝重新復檢，并予以加固。經再次開車，沒有再出現振動問題。
至此，振動問題得以解決。最終用戶和主機廠均滿意，不再懷疑本特利的產品質量并感謝本特利團隊的技術支持。
4. 結論
• 用戶沒有按要求接990 test adapter，采集的振動信號偏大，振動頻率為50Hz及其倍頻的原因是：采集的是交流干擾信號，不是真正的振動信號。這種方式很危險，可能導致機組停機并誤導狀態(tài)監(jiān)測。
• 用戶接了990 test adapter但其采集信號時沒有按要求接地是導致采集的振動異常大的原因。
• 正確接線并使用本特利ADRE408后，采集的數據可靠。
• 機組主要振動波動的頻率是15.6Hz，大約是轉子轉動頻率的0.056倍。該頻率應該不是轉子動力問題。
• 該低頻振動頻率主要出現在高壓透平外側，即出口側，應該和出口側的部件，如管道特別是波紋管。
• 主機廠按本特利的故障診斷結論修改設計后，故障消除，最終用戶和主機廠均滿意，機器得以安全運行。