狀態(tài)監(jiān)測在往復(fù)式壓縮機上的應(yīng)用
一、前言
大慶油田一臺型號為VF-2.4/4-240的往復(fù)式壓縮機，電機功率150KW，轉(zhuǎn)速為980RPM/Min，公稱容積為2.4 m2/min，工作介質(zhì)為天然氣，吸氣壓力:0.4Mp,額定排氣壓力24Mp。壓縮機的結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。
圖1 壓縮機的結(jié)構(gòu)布置圖
該壓縮機自從2007年1月5日安裝后，壓縮機的振動一直很大，直至2009.5機組因振動超標(biāo)導(dǎo)致管線破裂停機，在此期間曾對機組同心度進(jìn)行調(diào)整，并更換壓縮機的曲軸、刮油環(huán)、活塞桿、密封填料和氣缸等部件，且返廠整修，為機組增加橡膠墊片，開機運行，機組的振動值仍然達(dá)到60mm/s。針對這一情況，于2009年大慶油田有限公司委托對該往復(fù)式壓縮機進(jìn)行全面的系統(tǒng)的振動檢測和故障診斷分析。
二、開機前“敲擊試驗”診斷測試
根據(jù)客戶提供的情況，首先在機組停機的狀態(tài)下,對其底座、缸體、支架等部位進(jìn)行“敲擊試驗”測試，以確認(rèn)各個測點的自然頻率。如圖2所示。
圖2 “敲擊試驗”測試圖
根據(jù)“敲擊試驗”測試結(jié)果，經(jīng)計算，發(fā)現(xiàn)機組存在的32.5HZ自然頻率及其諧頻正好與壓縮機旋轉(zhuǎn)工頻的2倍重合，據(jù)此，懷疑機組是否存在32.5HZ處的共振頻率。
三、開機時“升速試驗”診斷測試
在壓縮機啟動過程中，對機組進(jìn)行“升速試驗”測試，以確認(rèn)機組在不同轉(zhuǎn)速下的振動情況。如圖3所示。
圖3 “升速試驗”測試圖
根據(jù)“升速試驗”測試結(jié)果，如上圖所示能明顯看出，機組存在2倍工頻的振動變化趨勢，但在800rpm/min時，機組的振動趨勢明顯變小，據(jù)此，懷疑機組在2倍工頻處存在共振的現(xiàn)象。
四、正常運行時的數(shù)據(jù)采集
在壓縮機正常運行時，對機組進(jìn)行振動數(shù)據(jù)的采集，以確認(rèn)機組存在的潛在故障。如圖4、5所示。
圖4 3級氣缸垂直方向頻譜圖
圖5 4級氣缸垂直方向頻譜圖
從圖4-5可以看出，振動主要以二倍工頻為主，且振動總值達(dá)到67.83mm/s,根據(jù)“敲擊試驗和升速試驗”兩步確認(rèn)，分析認(rèn)為較高的2倍工頻應(yīng)為不對中或機組的共振導(dǎo)致，根據(jù)現(xiàn)場提供的信息，基本鎖定為共振導(dǎo)致。同時因較大的振動導(dǎo)致機組出現(xiàn)松動現(xiàn)象。
五、相位分析
為進(jìn)一步分析導(dǎo)致共振的根本原因，于是對機組進(jìn)行相位測試。測試位置及角度變化如圖6、7所示：
圖6 相位測試的位置
圖7 相位測試的角度的變化
根據(jù)相位的測試結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)壓縮機底座與地面存在明顯的相位變化，據(jù)此，判斷導(dǎo)致共振的原因為基礎(chǔ)剛度不足。
六、變頻應(yīng)用
為排除共振導(dǎo)致的振動，筆者建議在不影響工藝和生產(chǎn)的情況下，使用變頻裝置，避開其共振點，客戶現(xiàn)場直接調(diào)用備用變頻裝置，將速度避開共振點運行，最終鎖定在650rpm/min，振動值的大小在＜9mm/s。其變化結(jié)果見圖8、9所示：
圖8 3級氣缸垂直方向趨勢圖
圖9 4級氣缸垂直方向趨勢圖
七、結(jié)論
盡管在不影響工藝生產(chǎn)的情況下，通過變頻的方式將往復(fù)式壓縮機的振動降下來，但筆者認(rèn)為地基強度的不足是導(dǎo)致共振的根本原因，要想徹底解決共振問題，需要對基礎(chǔ)重新改造。
