狀態監測在空壓機上的應用

　　1前言

　　冶煉廠自90年代初開始引進加拿大(Canada)諾蘭達爐富氧熔池熔煉工藝，配套的兩套由杭州制氧機廠生產的KDON-6000/13000-X型制氧機組，向諾蘭達爐提供9000m 3 /h的高純氧，同時還能向轉爐提供氧氣。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。
　　空壓機是制氧(Oxygen)機組中最關鍵的大型設備，它為整個制氧系統生產提供原料空氣，它能否正常運轉(Operation)將直接制約制氧的生產。昆山空壓機是一種用以壓縮氣體的設備。空氣壓縮機與水泵構造類似。大多數空氣壓縮機是往復活塞式，旋轉葉片或旋轉螺桿。離心式壓縮機是非常大的應用程序。該系列空壓機是由沈陽鼓風機廠制造的DH63-14型等溫壓縮機(compressor)，在大齒輪兩側各布置一組小齒輪軸，小齒輪兩端上懸臂安裝兩級葉輪，每經過一次壓縮后氣體就送到冷去器冷卻。該空壓機配套同步電機功率3400kW，加工空氣量為31500m3 /h（標準狀況），排氣壓力0.67MPa（A）。
　　2運用狀態(status)監測（Food Monitor)控制空壓機(compressor)運行參數(parameter)
　　兩臺空壓機安裝(installation)了由南京汽輪高新技術開發生產的振動在線監測系統(system)，主要監測四級軸頸相對于軸瓦的X和Y方向的振動位移值。昆山空壓機保養是回轉式連續氣流壓縮機，在其中高速旋轉的葉片使通過它的氣體加速，從而將速度能轉化為壓力。這種轉化部分發生在旋轉葉片上，部分發生在固定的擴壓器或回流器擋板上。同時在主控計算機上顯示空壓機各級軸承溫度，油溫，油壓，空氣(Basin air)量吸入和排氣壓力及溫度等。對整臺空壓機的運行能進行不間斷的狀態監測。
　　由于大冶以前沒有大型(Large scale)制氧設備，缺乏必要的實踐經驗，僅僅參照說明書進行僵化的操作往往難以達到良好控制的目的，因此，該監測系統所提供的信息對空壓機(compressor)的正確操作出控制，起到了不可代替的作用。如開車階段，導葉從啟動位置（position )打開到30以后，如果馬上對空壓機提壓，我們將看到各級振動明顯提高(，而且很不穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，確定其為低壓(Low pressure)喘振。故而我們改進操作，開車后，將導葉開到65以上，再來升壓，如果不需要那么多氣量，再關小導葉至合適位置，從而避免開車階段的低壓喘振。
　　作為如此大型(Large scale)的設備，我們將降低其振動作為運行控制（control)的主要任務，從1#，2#空壓機來看1#空壓機使用32#汽輪機油，2#空壓機因某種原因則使用46#油，我們通過(tōng guò)對監測（Food Monitor)系統所獲得的1#空壓機大量動行參數的統計分析，發現油溫控制在35#左右時，其振動狀況最好；而對于2#空壓機我們經過多次實踐，則發現其振動良好點是油溫控制在40#時，振動比油溫在35#時能下降8%左右
　　空壓機配套電機功率（指物體在單位時間內所做的功的多少）高達3400kW是我廠的能耗大戶，如何降低電耗(consumption)，也是我們工作(gōng zuò)的重點。
　　由于空壓機(compressor)能力有一定富裕，通過(tōng guò)關小進口導葉，減少放空氣量，可以取得明顯的節能(Energy saving)效果但當導葉開度太小時，振動又會加大，我們通過狀態監測較好的解決了這一矛盾（事物屬性的對立)。
　　3正確判斷避免了系列DH空壓機重大設備事故
　　系列控壓機的振動在1997至1998年6月運行過程一直良好，但在1998年7月出現了異常情況(Condition)。我們將針對級軸振動在幾個典型時刻進行對比。7月9日6時04分，空壓機沒有異常。
　　在7月9日7時15分，和7時23分空壓機發出瞬間異常聲響，同時級軸承溫度在這兩時有明顯的上升尖峰，溫度由55#上升到62#，在8時10分停車檢查各級軸承，只是有一些大面積接觸亮點，作輕微的修復以后，在7月10日20時15分再次啟動空壓機軸承溫度58#，通過以上三個時刻的振動情況(Condition)比較和分析，發現在異常時振動幅度突然異常攀升，軸承溫度劇烈變化，伴隨著尖銳的叫聲，同時在振動步譜上表現出來的工頻尖峰來看，必然是轉子部分出現異常損壞，造成轉子動平衡突然破壞(vandalism)。果斷決定在7月11日0時50分停止運行空壓機，當時初步認定該空壓機的異常情況可能（maybe)是轉子系統(system)的嚴重不平衡造成，級葉輪（指裝有動葉的輪盤）有損傷。經拆卸檢查發現，比我們預想的要嚴重得多，級葉輪蓋有兩條輻射狀的穿透裂縫，每條長100mm以上，另在端部密封口環處還有一道裂紋。如果這個轉子繼續運行，裂紋將迅速擴展，必然會造成葉輪破碎，擊破空壓機大蓋飛出，高速轉子會突然失穩，破壞所有軸承，將導致(cause)整臺空壓機報廢，同時飛出的碎片還有可能造成重大的人員傷亡，損失將十分巨大。
　　4為Ⅱ系列空壓機(compressor)更換(replace)備件提供依據
　　Ⅱ系列空壓高速(gāo sù)轉子，從1997年運行以來，%級軸振動一直在較高水平(Level)上，級65m，% 56m，超出振動允許范圍。
　　雖然振動幅值比較大，但較穩定（解釋:穩固安定；沒有變動)，振動頻率(frequency)特征，主要在高速軸工頻200Hz左右，顯然是高速轉子的動平衡存在較大問題(Emerson)將高速轉子多次進行動平衡校驗，發現該轉子的動不平衡的相位角極不穩定，應用雙面去重法無法找準去重位置。昆山空壓機是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，使兩個轉子嚙合處體積由大變小，從而將氣體壓縮并排出。昆山空壓機保養冷卻水通過管道進入空壓機中間冷卻器對一級壓縮排出的氣體進行冷卻降溫，再進入后冷器對排氣進行冷卻，另一路冷卻水進水管道經過主電機上部的兩組換熱器冷卻電機繞組，還有一路對油冷卻器進行冷卻。初步判定該轉子在制造上或裝配(assemble)上存在著缺陷，由于這類缺陷很隱蔽，必須送回制廠家(factory)徹底（thorough)巡查處理才能解決。為了縮短停修時間，我們重新購置了一套轉子，更換上去以后，該機組振動明顯下降(descend)，級平均32m，%級平均28m，達到良好的運行狀況。購置一套轉子的費用十分昂貴，如果沒有充分的理論依據和現實要求，顯然是難以下決心實施(Implementation)的。