大型离心空压机轴向力在线监测在试车中的应用

大型离心空压机是电力、石化、冶金和制药等企业的关键动力设备 , 其运行的安全、可靠在生产工艺中显得非常重要。而旋转机械设备的轴向力、轴振动和轴位移等是反映机组运行工况、进行故障诊断的状态参数 , 特别是对于止推轴承烧毁和断轴这类故障而言 , 分析轴向力数据比分析轴振动和轴位移数据更为直接、有效。

为了确保空压机组安全运行 , 防止轴向力过大而引发重大故障 , 某钢厂在离心空压机上建立了轴向力在线监测系统 , 把轴向力这一参数作为在线显示、超限报警和联锁停车的重要指标 , 并将其控制在一个合适的范围内。另外 , 分析动态轴向力信号 , 还可以发现空压机存在的诸如气流冲击、喘振等其他一些故障。

1 轴向力在线监测系统的功能

(1) 动态实时显示轴向力单个测点的数值或平均值 ;

(2) 可以设置历史数据时间间隔 , 当前时间、日期及报警上限值 ;

(3) 可以选择打印瞬时数据或历史数据及对应的测量时间 ;

(4) 内部时钟自动记录轴向力对应的测量时间 , 特别是超限值对应的时间 ;

(5) 超限值记忆功能 , 一旦空压机组发生超限情况 , DCS 控制系统上声光报警系统一直发出声光报警信号 , 当恢复正常状态时声报警信号自动消除 , 而光报警信号一直存在且记忆 , 直到人为消除。

2 轴向力在线监测在空压机试车中的应用

空压机启动后 , 发出刺耳的尖叫声 , 并出现喘振现象 , 四级排气压力上升至 016MPa , 安全阀起跳 ; 轴向力波动很大 , 且有逐级增大趋势 (如图 1 所示) ; 声光报警系统启动。

图 1 空压机启动后轴向力变化趋势

分析后认为是空压机后管路不通导致轴向力波动大。

检查空压机后管路 , 发现排气电动阀正常 , 防喘振阀动作也正常 , 而消声器进口保护板在安装时没有去掉。

重新启动空压机 , 进口导叶从 5 %开至 60 % , 用时 6 秒 ; 轴向力从 419 ×10 4N (015tf) 上升至约 714 ×10 5N (716tf) 后基本稳定 , 用时约 10 秒 ; 轴向力声光报警启动 , 关闭空压机后电动阀并加压 , 四级排气压力从 01055MPa 上升至 012MPa , 轴向力降至 419 ×10 5～512 ×10 5N (5～513tf) , 声报警信号自动消除 , 人为消除光报警信号 (如图 2 所示) 。

图 2 故障消除后重新启动空压机时的轴向力变化趋势

关闭空压机后电动阀 , 继续加压 , 四级排气压力上升至 013MPa , 空压机轴振动极不稳定 , 振动值逐级上升直至联锁停车 , 造成转子动平衡破坏 , 轴向力也有上升趋势 (如图 3 所示) 。

图 3 四级排气压力上升至 013MPa 后空压机轴向力变化趋势

空压机运转工况不稳定的原因 : 新制造的转子焊接应力在短时间内不能彻底消除 , 有一定的残余应力 , 并会造成残余应变。80 %以上的残余应力应该在轻负荷或无负荷运转的情况下消除 , 待振动曲线及轴向力信号趋于平稳时才能加压。

转子重新做动平衡 , 安装好后空压机再次开车 , 将空压机四级排气压力提高至 012MPa , 运行 12 小时后轴向力及轴振动平稳 ; 然后将空压机四级排气压力逐渐提高至 0152MPa , 空压机运行稳定。经过 24 小时运转 , 各项参数正常。

总结：

大型离心空压机引入轴向力在线监测系统 , 在试车及运行中能有效监测空压机的运行工况。轴向力的稳定标志着空压机运行的稳定 , 轴向力不断变化 , 说明空压机在运行中出现了诸如气流冲击、喘振、位移变化、叶轮变形、叶轮撕裂、轴瓦烧毁和振裂等故障 , 应及时停车并进行调整和修复。