我在工作中有時(shí)會遇到這樣的問題：客戶打來電話，說現(xiàn)場一臺汽輪機(jī)，之前運(yùn)行的好好的，停機(jī)了一段時(shí)間，再次開機(jī)就怎么也開不起來了，低轉(zhuǎn)速下可能運(yùn)行還好，一過臨界振動就大的嚇人，有時(shí)甚至觸發(fā)聯(lián)鎖停機(jī)。詳細(xì)詢問現(xiàn)場情況，客戶又反饋停機(jī)期間沒有對汽輪機(jī)進(jìn)行過任何操作，十分詭異。

難道說設(shè)備放在那里自己就會出問題嗎？沒錯，在有些情況下，存放不當(dāng)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲。 

轉(zhuǎn)子彎曲故障的定義與分類

什么是轉(zhuǎn)子彎曲呢，正常情況下，絕大多數(shù)轉(zhuǎn)子的中心線都應(yīng)該是筆直的，當(dāng)一些因素導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的中心線不直時(shí)，我們就說轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了彎曲。

彎曲大體上可分為2種：永久性彎曲和臨時(shí)性彎曲。

轉(zhuǎn)子永久性彎曲是指轉(zhuǎn)子的軸呈永久性的弓形，它是由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不合理、制造誤差大、材質(zhì)不均勻、轉(zhuǎn)子長期存放不當(dāng)而發(fā)生永久性的彎曲變形，或是熱態(tài)停車時(shí)未及時(shí)盤車或盤車不當(dāng)、轉(zhuǎn)子的熱穩(wěn)定性差、長期運(yùn)行后軸的自然彎曲加大等原因所造成。

有些工廠設(shè)備停工以后，沒有定期盤車，就放在那里，那么在長期重力的作用下，轉(zhuǎn)子就會產(chǎn)生一定程度的撓曲變形。轉(zhuǎn)子一旦發(fā)生這種塑性變形修復(fù)的成本很高，預(yù)防措施就是定期盤車，可以每隔7天將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動180°，抵消重力的作用。

 重力因素導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子永久性彎曲

轉(zhuǎn)子臨時(shí)性彎曲多數(shù)情況下跟溫度有關(guān)，所以有時(shí)候也稱熱彎曲。是指轉(zhuǎn)子上有較大預(yù)負(fù)荷、開機(jī)運(yùn)行時(shí)的暖機(jī)操作不當(dāng)、升速過快、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻等原因造成。

轉(zhuǎn)子熱彎曲相關(guān)原理限于圖文形式不好展示，我在視頻課程里做了個(gè)動畫，幫助大家理解，包括轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲了如何恢復(fù)，在視頻里都有講到，感興趣的朋友可以看一下。

轉(zhuǎn)子彎曲故障的特征

1. 兩種彎曲故障原因雖然不同，但機(jī)理都和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，都會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)矢量激振力。所以平衡類故障的特征轉(zhuǎn)子彎曲也都具備，比如振動頻率以工頻為主，時(shí)域波形近似正弦波形，軸心軌跡多為橢圓……

2. 一般與溫度相關(guān)的振動問題在冷態(tài)下都不明顯，當(dāng)開機(jī)一段時(shí)間溫度逐漸升高后會逐漸顯現(xiàn)出來，或者隨著負(fù)荷的增加，振動明顯增大。

3. 轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲后停機(jī)惰走時(shí)在低轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子的工頻振動幅值比在開車時(shí)相同轉(zhuǎn)速下的振動值要大很多，而且在相同轉(zhuǎn)速下，其工頻振動的相位也可能不重合。這一特點(diǎn)在Bode圖上觀測最為明顯。

 轉(zhuǎn)子熱彎曲時(shí)的Bode圖

4. 軸彎曲時(shí)通常都會產(chǎn)生很大的徑向振動和軸向振動，如果彎曲位于轉(zhuǎn)軸中央附近，支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承上的軸向振動主要呈1X分量，如果彎曲位于聯(lián)軸器附近或懸臂式支撐轉(zhuǎn)子的外伸端產(chǎn)生彎曲時(shí)，則可能產(chǎn)生較大的2X振動分量。此外，軸彎曲時(shí)一般會在一階臨界轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生較大的徑向振動。

摩擦與轉(zhuǎn)子彎曲

摩擦與轉(zhuǎn)子彎曲是旋轉(zhuǎn)設(shè)備比較常見的耦合性故障。

由于轉(zhuǎn)子的動靜間隙一般都比較小，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生撓曲變形的時(shí)候很容易產(chǎn)生動靜部件的摩擦，而摩擦又會在局部產(chǎn)生熱量，這些熱量會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向截面上溫度分布不均勻，造成進(jìn)一步的轉(zhuǎn)子熱彎曲。

從而在趨勢圖像上產(chǎn)生類似下圖的幅值和相位特征。

案例

講一個(gè)之前我處理過的一起轉(zhuǎn)子彎曲故障的案例。

PTA裝置是利用壓縮機(jī)組向反應(yīng)器提供大量的空氣來作為氧氣原料，使PX（對二甲苯）最終生產(chǎn)成PTA產(chǎn)品，PTA化學(xué)全稱為精對苯二甲酸，是合成纖維的主要原料。

由于反應(yīng)本身是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以產(chǎn)生的熱量可以供給膨脹機(jī)與汽輪機(jī)，一起驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)行。在設(shè)計(jì)條件下，實(shí)現(xiàn)由副產(chǎn)蒸汽和氧化尾氣回收的能量滿足壓縮機(jī)的消耗，即能量平衡。所以在剛開機(jī)時(shí)膨脹機(jī)是被拖動，后期反應(yīng)進(jìn)行后變?yōu)轵?qū)動設(shè)備。

整個(gè)化學(xué)反應(yīng)流程對壓縮機(jī)組的出口壓力和風(fēng)量的大小都有非常嚴(yán)格的要求，否則不能充分進(jìn)行結(jié)晶和催化燃燒。而且壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速恒定不變，同時(shí)需要控制壓縮機(jī)組的喘振現(xiàn)象，需要專業(yè)操作員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動控制。

某石化廠PTA機(jī)組，機(jī)組結(jié)構(gòu)與測點(diǎn)布置情況見下圖，自左向右依次是汽輪機(jī)、齒輪箱、壓縮機(jī)和膨脹機(jī)。

具體參數(shù)見下表。

該機(jī)組膨脹機(jī)檢修后于2月6日10開始啟機(jī)，膨脹機(jī)一級在1600rpm、3900rpm轉(zhuǎn)速下分別穩(wěn)定運(yùn)行1h和2h，期間最大振值不超過15μm，圖2。隨后快速通過臨界區(qū)，臨界反應(yīng)不強(qiáng)烈，圖2。13點(diǎn)左右轉(zhuǎn)速達(dá)到工作轉(zhuǎn)速9600rpm，穩(wěn)定運(yùn)行15分鐘后膨脹機(jī)一級各通道振動非驅(qū)動端25.3/22.4μm，驅(qū)動端21.7/16.6μm，頻率主要為工頻，相位信息穩(wěn)定，低頻有小幅能量分布。

 趨勢圖

 Bode圖

頻率成分以工頻為主，低頻有小幅能量分布。

 波形頻譜圖

在13:18膨脹機(jī)一級振動開始快速上漲，一分鐘內(nèi)達(dá)到78μm觸發(fā)聯(lián)鎖停車，在停機(jī)惰走過程中驅(qū)動端振動最高達(dá)到383.3μm，非驅(qū)動端最高達(dá)到161.3μm，頻率主要為工頻，且相位有同步變化。從停機(jī)惰走曲線上看，一級轉(zhuǎn)子臨界大約在6400rpm附近。 

 瀑布圖

 趨勢圖

 1X趨勢圖

 相位趨勢圖

軸心軌跡為狹長橢圓，且兩個(gè)軸承位軸心軌跡橢圓的長軸方向有所不同。

 軸心軌跡圖

從數(shù)據(jù)上看，這是一起由于振動上升導(dǎo)致的聯(lián)鎖停車，判斷膨脹機(jī)1級轉(zhuǎn)子發(fā)生臨時(shí)性彎曲，建議檢查跳車前膨脹機(jī)入口流量及溫度變化，建議下次啟機(jī)時(shí)增加暖機(jī)盤車時(shí)間，膨脹機(jī)進(jìn)行從/主動切換時(shí)平穩(wěn)緩慢進(jìn)行。

隨后從現(xiàn)場確認(rèn)13:13左右膨脹機(jī)一級尾氣入口被打開，高溫尾氣迅速進(jìn)入膨脹機(jī)一級導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部溫升，發(fā)生彎曲并進(jìn)一步引發(fā)聯(lián)鎖停車。

 現(xiàn)場DCS照片

作者：宮云慶