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上一篇和大家分享了轉(zhuǎn)子部件脫落的機(jī)理和特征,，這一篇理論聯(lián)系實(shí)際,，分享幾個(gè)我遇到的典型案例,。首先交代下背景，某化工廠PTA裝置總貌圖如下,，從左至右依次是汽輪機(jī)、齒輪箱,、壓縮機(jī)和膨脹機(jī),。 
總貌圖
發(fā)生故障的是最右側(cè)的膨脹機(jī)，主要參數(shù)如下：PTA-1裝置PA2A機(jī)組膨脹機(jī)檢修后于10月30日14:10啟機(jī)運(yùn)行平穩(wěn),，18點(diǎn)左右轉(zhuǎn)速達(dá)到9600rpm,，1級驅(qū)動端振動20μm左右，非驅(qū)動端30μm左右,。
通頻趨勢圖 頻率成分以工頻為主,，低頻和二倍頻有小幅能量分布。
波形頻譜圖 啟機(jī)三天之后,，也就是11月2日10:55:06膨脹機(jī)1級驅(qū)動端振動發(fā)生小幅突變,，上漲約10μm，非驅(qū)動端振動無變化,，兩端相位分別變化情況為：非驅(qū)動端相位變化50°,，驅(qū)動端相位變化20°，轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)發(fā)生改變,。10分鐘后非驅(qū)動端兩通道聯(lián)鎖停車,，振值最高接近250μm，兩端相位均有明顯變化,。
工頻趨勢圖
相位趨勢圖 
Gap電壓趨勢 
葉片脫落瞬間波形頻譜 事后現(xiàn)場拆解,，發(fā)現(xiàn)膨脹機(jī)葉輪存在部件脫落,。
葉輪受損照片 某化工廠PTA裝置總貌圖如下，從左至右依此是汽輪機(jī),、齒輪箱,、壓縮機(jī)和膨脹機(jī)。出現(xiàn)問題的是最左側(cè)的汽輪機(jī),。這臺汽輪機(jī)自2015年2月1日開機(jī)以來運(yùn)行一個(gè)月振動相對平穩(wěn),，3月2日非聯(lián)端振動X探頭故障，由于生產(chǎn)需要機(jī)組維持運(yùn)行,，3月14日振動出現(xiàn)突然上漲,，汽輪機(jī)聯(lián)端兩個(gè)通道變化明顯，非聯(lián)端Y無明顯變化,。工頻幅值上漲約50μm,，其他頻率成分沒有明顯變化。
軸心軌跡渦動范圍明顯增大
基于以上圖譜數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況判斷,，該汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)突變,，發(fā)生轉(zhuǎn)子部件脫落故障，建議停車檢修,，但當(dāng)時(shí)客戶生產(chǎn)上不能停車檢修,，考慮到振動突變后的幅值相位一直比較穩(wěn)定，且振動量級較小,，建議客戶密切關(guān)注汽輪機(jī)振值變化,，一旦振值再次發(fā)生突變，立即停車,；有合適停車機(jī)會盡早對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查,，消除隱患。 這個(gè)狀態(tài)維持了大約半年,，期間有過短暫停機(jī)將失效探頭修復(fù),。同年9月，汽輪機(jī)工頻振值再次發(fā)生突變,，汽輪機(jī)聯(lián)端振動超過了報(bào)警值,。
波形頻譜形態(tài)與之前類似,，但幅值能量有明顯變化,。軸心軌跡為橢圓，渦動形態(tài)進(jìn)一步擴(kuò)大,。由此推斷轉(zhuǎn)子部件再次發(fā)生脫落,，可能為葉片斷裂，考慮到該汽輪機(jī)三月中旬已發(fā)生過一次振動異常,，本次為第二次發(fā)生,，并且振值超過高報(bào)，達(dá)到115μm（聯(lián)鎖135μm）建議立刻停車檢修,，對汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行徹底檢查和處理,。隨后客戶對這臺汽輪機(jī)進(jìn)行了停機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子末級有兩處葉片斷裂,，斷裂的兩個(gè)葉片距離非常近,，這也解釋了為什么第二次振值突變時(shí)相位變化很小。在汽輪機(jī)流道內(nèi)找到斷裂的兩個(gè)葉片，邊緣已經(jīng)被打磨得光滑。在末級上發(fā)現(xiàn)一處汽輪機(jī)葉片已經(jīng)產(chǎn)生長15mm寬1mm的裂紋,，葉片即將斷裂,。如果這次不停車后果將更加嚴(yán)重。某廠新裝合成氣機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動,，工作機(jī)為離心壓縮機(jī)，共有7級葉輪分為2段,，其中聯(lián)端為循環(huán)段,，2級葉輪；非聯(lián)端為合成段,，5級葉輪,。壓縮機(jī)振動報(bào)警值為63.5μm，聯(lián)鎖停機(jī)值為88.9μm,，聯(lián)鎖停機(jī)為“二取二”,。機(jī)組總貌圖如下所示：2017年7月8日晚21:53分，該合成氣機(jī)組壓縮機(jī)四個(gè)通道同時(shí)出現(xiàn)了振值大幅上漲的現(xiàn)象,，從穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的25μm左右突跳至80μm左右,，變化時(shí)間約為3秒鐘。同一時(shí)刻,，汽輪機(jī)側(cè)的振值無明顯變化,。查看相關(guān)工藝量參數(shù)，通過查看相關(guān)數(shù)據(jù),，確認(rèn)該時(shí)間段內(nèi)工藝方面未做大幅調(diào)整,，機(jī)組干氣密封各監(jiān)測數(shù)據(jù)也無異常；查看壓縮機(jī)四個(gè)通道的GAP電壓趨勢,，可排除儀表方面的原因,。壓縮機(jī)4個(gè)通道振值出現(xiàn)突變前后主要是1X幅值的大幅改變，特別是壓縮機(jī)非聯(lián)端（合成段）通道1X幅值從12μm變化至70μm左右,。而其它頻率分量幅值變化不大,；查看1X相位趨勢，振值突變前后1X相位最大也有約30°左右的改變,；波形圖內(nèi)呈現(xiàn)正弦波,，且重復(fù)性較好，初相位點(diǎn)較為穩(wěn)定,，波峰與波谷值相近,；頻譜圖內(nèi)以1X為主，2X,，3X及低頻分量幅值較低,；軸心軌跡呈現(xiàn)橢圓形，各點(diǎn)圓滑過渡,，重復(fù)性較好,，渦動方向?yàn)橥秸M(jìn)動,。機(jī)組于7月21日停機(jī)，在停機(jī)降速過程中,，壓縮機(jī)四個(gè)通道振值隨轉(zhuǎn)速變化關(guān)系十分明顯,，完全符合轉(zhuǎn)子部件脫落后不平衡故障的振動特征。在對機(jī)組進(jìn)行拆解后,，發(fā)現(xiàn)在合成段第5級葉輪的輪盤處有大約70*40*5mm左右的脫落,，同時(shí)在此葉輪上還發(fā)現(xiàn)長度約70mm長的裂紋。這起斷葉片故障很蹊蹺,，如果是管道內(nèi)異物撞擊,，損傷的大概率應(yīng)該是首級葉輪，而發(fā)生斷裂的卻是第5級葉輪,，斷口也沒有發(fā)現(xiàn)明顯的材料缺陷,，更像是疲勞損傷。為什么會在這個(gè)位置產(chǎn)生疲勞,？SIEMES ENERGY SECTOR的工程師 Sven K?nig 和 Nico Petry 發(fā)表的一篇論文給了我啟發(fā),，文中提到兩起案例的葉輪的失效形式和我們這起很像。
論文中的第一個(gè)案例是一臺運(yùn)行了6年的壓縮機(jī)第五級葉輪葉片斷裂,。論文中的第二個(gè)案例是三臺相同的天然氣壓縮機(jī)在改造后運(yùn)行幾個(gè)月就出現(xiàn)了葉片斷裂,，形式和第一個(gè)案例非常相似。文中作者通過有限元計(jì)算,，認(rèn)為這種失效形式是特定頻率激發(fā)葉輪的某階固有頻率共振有關(guān),，共振時(shí)高頻交變應(yīng)力導(dǎo)致葉輪局部產(chǎn)生疲勞斷裂，斷裂形狀和振型一致,。
葉輪各階振型 回到我們這個(gè)案例,，由于現(xiàn)場工藝流程原因，機(jī)組長期在非設(shè)計(jì)工況運(yùn)轉(zhuǎn),，經(jīng)常達(dá)不到工作轉(zhuǎn)速6936,，筆者推測在這種非設(shè)計(jì)運(yùn)行工況下，激發(fā)了葉輪的某階固有頻率,，最終導(dǎo)致了葉片的疲勞斷裂,。比較遺憾的是沒能拿到準(zhǔn)確的葉輪原始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，無法建立準(zhǔn)確的模型,，進(jìn)行模態(tài)分析,，所以推測最終沒有得到驗(yàn)證，僅供參考,，希望能給大家在分析故障原因時(shí)多提供一條思路,，也歡迎有遇到類似案例的朋友與我交流。
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