离心压缩机ISO碳密封径向摩擦
下面的案例研究将描述在Ras Tanura炼油厂离心式压缩机(410 K-1)中发生的事件。压缩机运行的工厂设计用于从原油稳定和精炼过程中的酸性气体混合物中生产天然气液体(NGL)。通过现有的在线振动系统采集的数据，发现压缩机出现了lX振动幅值和相位不断变化的异常行为。主要波动集中在压气机舷外轴承处。振动专家对采集到的图进行了分析，并揭示了摩擦，这种异常行为将在本技术论文的内容中进行解释。便携式数据采集系统连接到本特利内华达面板，以收集高分辨率数据并获得更多信息用于分析。
关键字:摩擦，轨道，相位，极性图，ISO碳密封，振动分析。
所分析的机器是一台两级离心式压缩机，由汽轮机驱动，其正常转速为3400 ~ 3800转/分，临界转速为6000转/分。列车监测使用X, Y接近探头对每个径向轴承(套筒轴承)。
2017年10月，压缩机外轴承处的振动水平增加了近2密耳(图2)。在此期间，对动态数据进行了分析，确定了压缩机区域摩擦的可能性。在维护窗口期间，由于水(在润滑油取样报告中发现)和润滑油中的固体颗粒进入引起的巴比特劣化，决定检查轴承并更换它们。
在汽轮机和压缩机润滑油系统(ST和压缩机通用润滑油系统)观察到高ΔP。在检查过程中，观察到过滤器堵塞并附着大的生锈颗粒。建议更换压缩机舷外密封，因为它们使用与轴承相同的油，但不幸的是，由于操作需要和备件不可用，无法更换它们。
压缩机于2017年11月重新投入使用，经过两个月的运行，压缩机开始以与以前相似的方式运行，但在这种情况下，振动事件更加频繁，超过了3 mils(图3)。
在压气机稳态运行速度(1x频率)时，振动事件的主要振幅被注意到，如下图所示的全谱瀑布图(图4)所示。为了研究影响振动响应的潜在根本原因，需要在其他图中深入挖掘，以探究问题的本质。
随着时间的推移，整体振动和1X振幅加剧。从舷外轴承的数据收集器中提取了五天的压缩机趋势(图5)。趋势显示了这种现象是如何变得越来越重复和严重的，直到要求与有关各方召开会议并计划其干预的维护策略。
需要轨道和极坐标图来研究问题的根源。收集了一组轨道来表示同步响应时注意到的特定行为。在轨道上进行波形补偿，目的是只跟踪动态运动，并消除探针跟踪区域的残余跳动。
注意轨道形状在振动过程中是如何不断变化的(振幅和相位角)。相位角的恒定位移很容易通过观察键相量标记(空白/亮点)来识别。(图6)。
在压缩机舷外轴承处收集的极坐标图显示了同步振动响应(1x)和相位角连续变化所产生的环路。这一信息揭示了轻度摩擦的症状。参见图7。
当发生剧烈摩擦时，由摩擦力产生的热量可以局部加热转子，使其弯曲，在这种情况下，弯曲被视为1X响应的变化，在大多数情况下没有谐波和次谐波，由于摩擦型摩擦。通过先前分析的图(轨道、极性、全谱)的相关性，可以识别导致轴弯曲的摩擦条件。
一个完整的环形摩擦可以产生一个接近圆形的轨道与前向行进，轨道的形状跟踪当前可用的间隙。这种行为在润滑密封件上很常见。知道摩擦总是另一个故障的结果，列出可能导致这个特定问题的潜在原因是很重要的。
在这种情况下，摩擦的潜在原因列出如下:
- 修改许可
- 松/磨损部件
- 鞠躬轴
- 油中异物的残留
- 内部不一致
在摩擦过程中，固定部件和旋转部件之间的接触发生，因此，还评估了轴中心线(图9)图，以验证任何断开的轴偏差，并丢弃任何潜在的不对中或任何可能影响轴承或密封件完整性的预紧源。
在这种情况下，即使在振动增加的情况下，也没有发现主要的轴运动，这为油污染或异物进入油到密封室的理论留下了空间。
由于固体沉积物的积累，预计间隙变窄的可能性很大，因此，在静止和旋转部件之间产生足够的热量，导致弯曲的轴。一旦摩擦得到释放，循环就会一遍又一遍地开始，产生通过图表研究的振动变化。
在进行了振动分析并确定了压缩机中可能的振动源后，旋转设备工作人员建议更换ISO碳密封，以减轻或消除压缩机中潜在的振动源。
根据之前检查中发现的机油状况和滤清器滤芯污染(大的生锈颗粒)，以及润滑油系统中的高ΔP，以及在故障排除过程中分析的振动图的相关性，在每月的油样分析中确定了密封件进入或固体颗粒或由于持续水污染而导致密封件劣化的可能性。
由于涡轮压盖和油系统的设计陈旧、不规范，导致整列车存在水污染，润滑油滤清器经常被固体颗粒堵塞的问题，现场调查如图10所示。
OEM允许的最大ΔP为15 psi，在图表中，可以观察到ΔP趋势的步骤是如何发展的，直到它达到50 psi以上。(图10)。
污染问题的根本原因如下:
- 涡轮驱动器填料压盖的流喷射器背压高于设计值，不能产生足够的真空以防止过多的蒸汽泄漏进入轴承。
- 润滑油储油库上的通风鼓风机有反向连接，使粉尘大气进入储油库污染油液。
现场检查发现，振动区密封状况恶化，出现摩擦。下面的图片将显示振动组分析的高振动值的真实证据。封条周围被发现严重损坏;径向(轴)和轴向(碳环面)，如图11、12、13和14所示。
补偿轨道图表明，在有关各方协调的定期维修窗口内更换密封件后取得了积极的效果。通过比较维修干预前和更换密封后的振动水平，振动水平得到了显著改善。左边的轨道代表摩擦过程中的高振动值，右边的轨道代表正常振动值。
为了减轻油污染问题的根本原因，实施了以下行动项目。
- 对于蒸汽喷射器，有一个现有的项目，明年将更换压缩机。在此之前，为了防止油被水污染，决定增加排水频率。
- 通风鼓风机连接已被纠正，以避免空气中的灰尘进入油箱。
1X响应现在是稳定的，而不是像之前的场景那样360度移动。通过对比，证明压缩机密封件已消除了环空摩擦。
从振动数据收集器中提取了3天的趋势，以展示实施密封更换后的动态性能。机械性能得到改善，振动在可接受的范围内，并且相位信号稳定。
收集到的数据提供了摩擦引起的热弓理论，振动数据被旋转设备工作人员用来正确地排除异常事件，并避免可能导致工厂燃烧问题的突然机器跳闸。
- Steven M. Schultheis，体育老师诊断涡轮机械摩擦。2003年7月。
- 本利内华达公司“机械诊断课程”。图5。
- 唐纳德·e·本特利。旋转机械诊断基础。本特内华达公司。
- Ronald L. Eshleman“机械振动分析”第二卷:分析与修正。振动研究所2002。
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