某硝酸装置压缩机振动问题

本案例描述了远程诊断团队如何解决NAP2 PAC一次空压机的振动相关问题。该案例突出了一个连接到诊断平台(S1 Evo)的合适仪表压缩机总成是如何为Bently Nevada的诊断工程师提供关键信息(数据)的，从而能够彻底调查与振动相关的问题，并确定根本原因。随后，向最终用户和OEM提供了有关纠正维护措施的相关建议，帮助他们进行机械调查。

客户的工厂包括3个硝酸工厂和一个生产各种炸药产品的氨工厂，主要供应给澳大利亚采矿业。

NAP2 PAC(一次空气压缩机)是2号硝酸厂两个关键压缩机机组之一，配备有在线振动监测和保护系统，并配有在线诊断软件。

NAP2 PAC由一个50赫兹的四极套筒轴承支撑，2.6兆瓦的电机从一个升压齿轮箱的一端驱动，该齿轮箱与一个热气体膨胀器耦合，通过齿轮式联轴器安装倾斜垫轴承。电机的其余端通过齿轮柔性联轴器驱动三级整体齿轮压缩机(12,553,17,934和25,174 rpm)。

NAP2 PAC于2019年3月/ 4月在计划的周转期内进行了一次全面检修，每5年进行一次，包括更换电机转子、加速变速箱大修、安装新的空气端压缩机以及热气体膨胀推力轴承和推力接箍更换/维修。此外，膨胀器密封被替换为同类但间隙更小的碳密封，整个传动系统重新对齐，并安装了一个新的防浪涌阀。

在作为SSA协议的一部分的双月远程诊断评审中(每年6次对所有稳态和瞬态振动数据进行远程诊断评审)，验证了由于高压压缩机1,NAP2 PAC偶尔会脱机^圣稳态运行时的级振动(主要由1X分量引起)。诊断验证压缩机1^圣稳态运行期间的级摩擦(跳闸)事件以及停机期间的失速/浪涌相关问题。此外，一个突出的1^圣阶段3X的振动成分在回转后表现出来，振幅不断增加，直到OEM出席现场进行维修(2020年2月)。有趣的是，当在全谱级联或瀑布图上观察时，3X振动只发生在反向分量上，而完全没有发生在正向分量上。

问题陈述:

• NAP2 PAC是现场负责整个制造过程的关键机器。
• NAP2 PAC驱动系统在5年一次的周期内进行了彻底检修，包括安装一个全新的空气压缩机。
• 在回转重新启动后不久，由于工艺相关的问题，压缩机被关闭^圣已记录级浪涌事件。
• 在随后的重新启动过程中，由于在压缩机1测量到的高直接(主要是1倍同步)振动，压缩机跳闸^圣与摩擦条件相关的阶段。
• 此后NAP2 PAC经历了几次额外的1^圣稳态运行时的级摩擦^圣停机期间出现级失速/浪涌问题。
• 此外，一个突出的1^圣级-3x反向振动组件后的回转进一步提高了振动水平，这带来了OEM现场维修机器

4月23日^{理查德·道金斯}2019年，由于工厂流程相关问题，NAP2工厂关闭。随后，核电站操作员试图立即重启。在重新启动大约两分钟后@ 17:20:27,OEM危险(严重程度4)跳闸设定点被突破，设备在高1时离线跳闸^圣阶段直接振动。对行程数据的回顾表明1^圣舞台摩擦引发了与振动有关的跳闸。在与停机振动相关的跳闸事件中，压缩机第一级在大约。11,350 RPM和大约之间。5600和4300 rpm(见图2)。这些失速/喘振相关问题与防喘振系统相关(进口导叶IGV和定时/控制相关问题)。参见背页图2。

直接/1倍同步趋势图和直接轨道/时基图表明，4月23日期间与压缩机一级失速/喘振问题相关的显著次同步(0.53倍)振动^{理查德·道金斯}, 2019年关闭。4月23日，压缩机一级波德图显示非1倍振动增加(绿线)^{理查德·道金斯}， 2019年停机暂态事件(蓝色和橙色线为2017年参考数据)，如图3所示。

重要压缩机1^圣在2019年4月23日停机(振动跳闸)瞬态事件期间测量的次同步振动(35 μ m pp @ -0.53x & 21 μ m pp @ 0.53x @ 2700 rpm)在全谱异步级联图中显示，如图4所示。

压缩机第一级直接和1倍同步长期趋势图验证了在每次停机后的瞬态事件中直接值的一系列阶梯变化，该瞬态事件与增加的-3X反向分量振动有关，振幅在2月6日测量到高达14 um pp^th, 2020年。1X同步趋势值在每次停机暂态事件和稳态运行期间也是可变的。

在2020年1月，直接值变得非常不稳定，超过了OEM警戒值33 um /年，但仍略低于危险(起下钻)设定值38 um /年。

对于XY接近探测器观测到的这种不规则现象的周期性，可以观察到正向和反向分量的不同组合。表1总结了这种分析的规则。

表1 -由正向和反向nX组件表示的跳动签名模式

在每次NAP2 PAC关闭瞬态事件中，在整个速度范围内测量到的恒定振幅-3X反向分量振动具体与在探头跟踪区域测量到的跳动有关^圣舞台日志，而不是一个转子的动态问题。然而，递增的1^圣级跳动(在每次停机瞬态事件后增加-3X反进动分量振幅)表明缺陷的进展具体与叶轮与轴颈配合有关。应该注意的是，根本没有3倍的正向振动。

为了可视化这一现象，动画-跑出模拟器是用Python编程语言创建的。预定义的对象围绕几何中心旋转，从正交安装的X和Y接近探头的距离被记录。轨道图可以根据记录的X和Y波形建立。

多边形(轴颈)的旋转方向为CCW，同时XY波形的轨道进动方向为CW。有明确的证据表明- 3x反进动分量的存在——轴的旋转方向是从X到Y探头，Y探头波形领先90度，如图6所示。

2月6^th2020年关闭是当月底OEM现场修复之前的最后一次关闭短暂事件。压缩机第一级全谱级联图显示，2月6日期间在14 um pp区域测量到-3X反向分量振动^th, 2020年关闭。1倍同步反向振动振幅也高于正向分量，例外是当转子过渡到第一个(平移)临界转速范围。

-3X反向分量表明叶轮孔与转子轴颈(锥形多边形P3设计)之间的配合不佳，导致转子轴颈在稳态和瞬态运行时发生偏转，如图7所示。

Bently Nevada被告知以下基于现场的维护结果(2020年2月中旬)，如图8所示和随后的维修工作:

• 第一级倾斜垫轴承表明，底部两个垫边缘有严重摩擦的迹象。
• 第一级圆柱轴承表示摩擦的迹象在轴承的顶部和较重的一端。
• 第一级叶轮孔表明，在意大利的OEM工厂安装叶轮时使用了防止滑复合材料。
• 第一级倾斜垫轴承更换。
• 第一级圆柱(舷外)轴承更换。
• 第一级叶轮采用低速平衡(专用车间平衡机-在低速平衡机上)。

车间平衡的原叶轮被重新安装到第一级转子轴颈上，按照OEM的规格，没有应用防卡/滑移化合物。

此后，压缩机一级直接和1倍同步振动一直保持稳定，直到演示汇编日期(1月30日)^th， 2022年)，没有压缩机一级失速/喘振、摩擦事件或增加-3倍分量振动振幅。

Bently Nevada被告知以下OEM现场外根本原因分析结果(在现场访问后近12个月):1^圣舞台倾斜垫和圆柱轴承的尺寸不正确，径向轴承间隙没有在安装前由OEM检查(心轴检查)，只有推力轴承端浮子检查/验证。

修复后，压缩机第一级直接值和1倍同步值出现了阶梯下降，直接值现在远低于OEM警报设定值33µm(图9)。

压缩机一级直接值的下降是由于先前占主导地位的1倍和-3倍一级频率(12,558 rpm转子)的振幅下降。有关直接和1倍同步趋势，请参见图9。

修复后，全谱异步级联和直接轨道图验证了在稳态运行和瞬态事件(第一/平动平衡共振跃迁)期间，同步正向振动振幅降低了1倍，如图10和11所示。

修复后，在每次停机过程中，-3x反向振动分量在3 μ m pp区域保持恒定振幅。这表明-3x振动部件是压缩机转子(P3多边形轴颈)设计的一个特点。应该注意的是，没有任何3倍前向振动。

通过对NAP2 PAC压缩机回转后稳态和瞬态振动数据的持续诊断评估(双月评估)，所有与开发机械相关的故障都得到了诊断，并在保修期内尽早报告给客户。

由于各种机械问题在早期(大修后)被诊断出来，并定期跟踪任何进一步进展，工厂仍然能够继续满负荷运行，直到OEM计划在12个月的保修期内进行现场维修。

诊断评估为OEM提供了必要的指导(通过客户)，以确保进行全面、全面和最终成功的修复，包括拆卸叶轮(该工作不属于原始OEM修复范围的一部分，但根据建议，验证了三面多边形叶轮与轴向配合的完整性)。

在第一级失速/喘振后，摩擦和叶轮与轴颈配合的相关问题由OEM解决;在诊断监督下，客户成功地重启了NAP2 PAC压缩机，直到目前为止，没有任何与机械相关的故障报告。

经验教训:

• 持续调查与跳动相关的-3x反向部件振动振幅增加的合理来源，直到OEM最终确认3面多边形轴颈与叶轮孔配合/设计，这最终成为三个振动问题之一的根本原因。
• 在停机瞬态事件期间，在整个速度范围内具有稳定振幅的-3x反向部件振动被证实为一种特定类型的跳动，而不是转子动力学问题，尽管在连续停机期间测量到的不断增加的振幅(跳动增加)被认为表明潜在的机械问题(叶轮与转子的配合降低)。
• 在高速压气机级上，叶轮与转子/轴颈(三面P3多边形/锥形设计)之间的配合可能会因使用防停止型产品/化合物而受到影响。
• 旋转失速/喘振问题导致停机瞬态事件中经历的高次同步/直接振动会引发二次机械相关问题，在这种情况下是1^圣舞台摩擦导致震动(跳闸)事件。
• 摩擦，通常发生在最小间隙的位置，也可能发生在圆柱和倾斜垫设计轴承内部，特别是如果安装的轴承间隙太小(太紧)。
• 应始终验证径向轴承间隙(心轴检查)。

1. Paul Goldman博士，Agnes Muszynska博士，轨道杂志。“全光谱在机械诊断中的应用”，1999年

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