状态监测与故障诊断基础(1)

北京博华信智科技股份有限公司冯坤[e-mail]13811317400基于状态监测的预知性维修培训交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例预知性维修是指根据对设备检测结果,视设备的具体状态,来确定最合适的修理时机及更合理的修理方法。预知性维修预知性维修目标工具5动关键设备静关键设备重大危险源设备状态数据预知性决策设备故障故障识别提出预知性维修方案状态监测交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例(4月)某主机厂标准齿式离心压缩机不平衡_油膜涡动/振荡_综合故障报告2011年3月某石化3102J突发性掉叶片，在造成恶化和停机前发现，提出了诊断结论，给出了停机检查叶轮的明确意见,最后得到确认。避免了飞车等恶性事故，经济、安全效益显著。燃驱离心压缩机掉叶片/质量脱落案例离心压缩机结构人为降转速两次振动值上升阶跃两次阶跃时工频趋势—工频为主变成分：幅值、相位同步突变振值上升后不下降C机组离心压缩机两端测点工频振动突增，伴随相位突变，为质量脱落特征；由于不断开停机和振动异常，导致轴瓦磨损严重。3#机组可能主要存在问题有：压缩机转子与静子碰摩。并且压缩机叶轮叶片受损后少量脱落可能性不能排除。阳曲站出现的类似问题照片：非驱动端径向轴承瓦块磨损情况内侧止推瓦块照片磨损情况2011年3月某石化化肥厂原料气压缩机，102J油膜涡动故障，早期发现，早期确认故障，避免盲目维修。发生快变报警的通道2008年12月，BH5000提示首次快变报警，0.5X出现102J压缩机机组BH5000图谱分析2009年1月，BH5000系统提示缓变报警：幅值发生波动（缓变），范围最大为62.59um，最小为36.93um。2点水平振动时有超标现象,并且波动范围较大。用户将振动的报警值修正为：黄灯2.0mils；红灯3.0mils。在2H通道的频谱图中1/2倍频出现明显幅值，达到了20um，并接近1倍频的幅值。某石化-化肥厂-102J-2V（振动幅值历史趋势图：2009-1-169:57:53—2009-1-2310:48:15）某石化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-238:24:09）图谱注释：某石化-化肥厂-102J-2V（频谱图：2009-1-2118:10:51）图谱注释：102J2H/V轴心轨迹图，为内8字形比较频谱图，从轴相对振动信号中可见：1)振幅大时半频幅值明显并增大，振幅小时半频幅值几乎没有;2)通频振幅63微米时，一倍频38微米，半频12微米;通频振幅43微米时，一倍频37微米，半频几乎没有;3)轴心轨迹在振幅大时是内8字形。从频谱图和振动趋势上看,机组的汽轮机振动存在波动现象，存在2瓦间隙增大问题,且油中金属磨粒增加，说明2瓦在数月运行中，在初始瓦间隙较大的基础上，间隙又进一步增大，因此，在汽轮机转子系统受到干扰时振动就明显增大。另外，该汽轮机转子系统动力学特性，存在在某一转速区间振动较高的问题，也是影响机组振动的因素，这个特性主要与转速相关。维修建议1、尽量保证系统平稳；2、注意瓦温；3、准备好瓦间隙稍小些的轴瓦。102J压缩机机组诊断结论、维修建议2011年6月某石化M101电气干扰，提前于用户发现，向用户提出了书面解决方案，避免了电气干扰误停机。月报中将问题提出与用户沟通后给出处理建议2011年6月某石化K411，汽轮机高压端振动值波动，摩擦热弯故障机理。一阶临界转速4360RPM振值高点时刻，主要频率是1倍频振幅先升后降！工频趋势：幅值、相位均同步发生变化2011年7月某石化105J压缩机动平衡问题诊断与处理。故障诊断理论指导实践——动力学、机理，发挥巨大作用的实例。2012年5月某石化K301压缩机开机时，在临界转速附近停留时间过长，导致碰摩。故障分析故障验证以后如何避免？（谁的责任？）某石化离心压缩机叶轮共振事故判定•7月2日—空压站753K0001B空压机叶片断裂分析报告•7月24日—空压站多轴空压机753-K-0001B模态分析报告50copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]51copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]故障过程该机组未安装在线监测系统，只有Ｂｅｎｔｌｙ３５００保护系统。5月28日，发生一次振动值增长,由5um增至25um，但很快恢复,未超过厂家设定的跳车值49um；6月18日01:02:00振动再次出现异常，振动值突然增加至37um，且振动值不恢复；6月18日05:33:00，振动值再增至50um以上，联锁跳停车。振动异常最为显著的是2级转子振动。开盖检查发现2级叶轮已经损坏根据检维修人员反映，几次振动异常时机组均发生喘振53copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]54copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]拆出的2级损坏叶轮55copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]叶轮损坏图，共18支叶片红色为检查有裂纹或断裂的叶片绿色为尚未损坏叶片56copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]57copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]根据破坏形态等信息出具的失效原因分析报告——定位为叶轮共振排除了碰摩、进异物等原因58copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]为进一步核实分析结果，将转子进行了三维建模59copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]60copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]计算出的二阶振型，固有频率2747.7Hz61copyrightDSECenter冯坤–[e-mail]二阶振型与破坏结果比较接近其他见诊断案例专题PPT---喘振案例集基本原理：调制与解调(modulation/demodulation)基本方法：包络(enveloping)基本参数：gIE值(ImpulsiveEnergying,g=10m/s2)轴承、齿轮箱等冲击类故障诊断包络解调基本原理：什么是调制？！请看敲杯子的信号……原始信号，直接做频谱，很难分析出特征！解调后，再做频谱，容易分析出特征！BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势半个月前包络谱发现了早期故障特征频率gIE趋势增长5.连续重整K202再生风机轴承故障设备基本信息机组组成：电机——再生风机（悬臂式）功率：250Kw风机转速：2750rpm介质：再生用风连接方式：膜片式联轴节风机润滑方式：飞溅润滑风机轴承型号：SKF6224C3现象风机振值有明显升高，从0.7mm/s涨到3.1mm/s，且现场噪音较大。故障分析1.振动速度幅值的趋势分析：该机组风机部分速度振值有上升趋势（从0.7mm/s升至3.1mm/s），尤其在风机联轴节侧的轴承处（测点位置3）振值上升趋势明显，见附图2。电机部分振值未见异常变化。现场噪音在测点位置3处较刺耳。2.从测点位置3垂直方向测得的速度频谱图看，振动以291.25Hz为主，在2月17日之前的频谱图中，未发现有该频率成分，到3月2日，该频率成为主要振动频率，其幅值上升较快，见附图3。该频率成分不是转速频率的谐频。测点位置3处的轴承型号为：SKF6224C3轴承，其外环特征频率为169.4Hz，内环特征频率为243.7Hz，滚动体特征频率为123.3Hz，保持架特征频率为18.8Hz。其中轴承外环特征频率和滚动体特征频率之和为292.7Hz，与291.25Hz接近。3.在测点位置3垂直方向的冲击脉冲包络频谱中存在大量的19Hz频率的谐频，与轴承保持架频率18.8Hz接近，见附图4，说明轴承保持架存在故障。4.从测点位置3处垂直方向振动速度频谱瀑布图可以看出（见附图5），在2月14日之后291.25Hz频率成分大幅上升，并出现明显的背景噪音频率。在该位置的冲击能量包络频谱瀑布图中可以看出，在2月28日更换密封和保温后，轴承故障进一步恶化（见附图6）。图2测点位置3（风机联轴节侧）垂直方向振动速度趋势图图3测点位置3垂直方向1月29日与3月3日的速度频谱比较图BH550监测到的3号测点gIE振动趋势：冲击能量有增长趋势半个月前包络谱发现了早期故障特征频率gIE趋势增长BH5503号测点、2天前—gIE包络谱gIE:g-加速度单位I:impact冲击E:energy能量各频率间隔19Hz(保持架频率)手动设置高通截止频率包络谱—部分特征频率不清晰DSE最优经典滤波方法自动优化高通截止频率包络谱—隐藏的特征频率清晰显现Entek25003号测点gIE包络谱三月三日，BH550监测到的3号测点上述异常振动后，出具了诊断报告；三月十一日，广西石化用户参考报告进行了检修。更换了转子和轴承，振动问题解决；检修后，BH550发现—异常振动消失；检修前后，测点3V振动频谱对比图说明—BH550的频谱图，确实具备反映故障的能力检修前后，3V测点，BH550冲击能量gIE趋势图；说明—BH550的特征趋势，确实具备真实反映故障的能力检修前检修后8.某烯烃事业部循环油浆泵—电机轴承跑套故障2012年4月某石化P1209A泵运行中，电机非驱动端发生跑套。设备基本信息机组组成：电机——离心泵工作介质：循环油浆电机型号：YB400M2-2W额定转速：2976r/min自由端轴承型号：NU218ECJ/C3额定功率：280KW驱动端轴承型号：NU218ECJ/C3+6218额定电压/电流：6KV/31.5A测点布置机组概貌图和测点布置见附图1振动现象由于该关键机泵已安装BH5000P在线监测诊断系统，2012年4月1日记录如下机组异常现象：1、电机自由端1#轴承速度、加速度、gIE、峭度值均出现明显变化。2、离心泵各测点的振动，除电机自由端1#轴承外，均未发生明显变化；正常预警停机检修图4（2）电机1#测点振动加速度细化频谱图（可见较小的滚动轴承缺陷频率）诊断结论该电机1#轴承应该为轴承间隙过大或松动类故障,不存在明显点蚀、剥落等现象。检修建议检查电机轴承情况，视情处理。检修反馈解体后发现电机1#轴承跑套，计划发送到电机厂维修。进一步探讨：如何设置报警门限？速度趋势——无明显异常加速度趋势——无明显异常如果按照国家标准设置报警值，则泵始终处于报警状态。启发1.报警值，包括速度烈度，不应墨守成规，坚持ISO或国标。应考虑具体机组的历史趋势情况。2.预警不应只考虑速度、加速度，应针对具体设备，考虑更有针对性的特征趋势（如：博华信智的gIE）。交流提纲基于状态监测的预知性维修概述透平机械故障案例往复机械故障案例机组概貌图典型案例1气阀阀片断裂典型案例1气阀阀片断裂故障摘要(介质：氢气)2011年3月~5月，东北某石化公司四缸立式往复压缩机4#缸运行过程中发生阀片断裂故障。故障现象如下：2个月左右时间内，外吸温度1相对于其他吸气阀温度上升了25oC左右，外排温度1相对于其他排气阀温度上升了10oC左右；4#缸缸体振动冲击峰值异常增大，由3月40m/s2增大到5月初接近80m/s2，振动波形也在吸气阀开启相位冲击增大；BH5000R在线监测系统持续报警，现场停车后发现4#缸吸气阀阀片断裂。缸体振动趋势由40m/s2增大到80m/s2左右外吸温度1及外排温度1温度逐渐升高机组4#缸3月-5月运行状态图典型案例1气阀阀片断裂诊断结论–从气阀温度趋势分析：吸气阀及其对应的排气阀温度存在升高趋势。–从振动趋势上分析：伴随气阀温度的异常升高趋势，4#气缸缸体振动峰值