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旋转机械的运行状态管理

 普遍用于石油、化工、化肥、制药、炼铁、发电诸国民经济关键领域装置及流程中的大型旋转机械(汽轮机、燃气轮机、发电机、电动机、离心鼓风机、离心压缩机、轴流压缩机、能量回收透平膨胀机、离心泵及其相关设备如变速机、液力耦合器、各式联轴器、危机遮断器等)是这些领域的心脏设备,其运行状态直接影响到企业的生产安全和经济效益。因此,有必要对机组的运行状态实行管理, 从事后维修过渡到事前预防、视情维修, 有效延长设备的使用寿命,提高设备的服役质量,防止和避免设备发生损害或灾难性的意外事故, 保证机组安全、高效运行。

1 旋转机械的运行状态

运行状态一般分为启动过程、正常连续运行状态、非正常运行状态、报警状态及停机过程。

1.1 启动过程

  启动过程是一台机器一个生命周期的开始,是机器由静态向动态,由冷态向热态转化的过程。在这个过程中,转速按一定梯度爬升,挠性转子还要通过各阶临界转速,机器的各部分都在发生着质的变化,经受着各种严格的考验。由于惯性的影响,力的影响,热胀的影响,原有的静态平衡被打破,机器各部分重新进行调整,以适应新环境的要求(这个过程也是机组比较容易发生问题的一个过程),这也就是制造厂家在产品出厂前必须进行机械运转试验的原因。新机组首次投入使用,停机后的重新启动或大修后投入使用,实际是在重复机械运转试验的过程,对启动过程的运行姿态及其姿态参数进行监测和调整,使机组在规定的启动时间内安全达到正常连续运行状态,正式投入使用。

1.2 正常连续运行状态

  正常连续运行状态是机组服役效力的主要状态,也叫无故障运行状态。在这个状态下,机组表现最为稳定,各部分、各系统、各部件之间最为协调,各种配合、功能处于最佳状态,同时也是设计者设计思想的集中体现。在这个状态下,应该说过程非常漫长,没有突变发生,操作台上一片绿灯,操作人员按有关运行维护规定,定期进行巡视、记录及填写运行日记,按装置要求手动或自动调节服役状态。

1.3 非正常运行状态

  机器在漫长的正常连续运行中,由于受到各种复杂环境(如频繁调节、润滑油污染变质、静动件之间磨损后间隙增大、转子磨损平衡状态破坏等)影响,原先所处的正常稳定状态被打破,机器慢慢脱离正常运行状态。由于这种变化过程非常缓慢,机器仍可连续运行,称为带病工作,也就是非正常连续运行状态 。虽然这个过程非常缓慢,但它是发展的、变化的。随着时间的推移和条件的继续恶化,这种发展和变化的速度会逐步加快,越来越快,总有一天会由量变发展到质变,问题越来越严重。所以非正常运行状态是进行状态管理的重点区段,必须高度重视,严密观察,分析每一点异常发生的真实原因,寻求解决方案。

1.4 报警状态

  当非正常运行状态由量变发展到质变,并呈线性趋势时,机器也就进入了报警状态。

  报警,只说明是一种临界,而绝非灾难点,当这种状态到来时,从理论上讲,机器仍可继续工作,但随时存在着发生事故或灾难的危险。在没有特殊需要的前提下,马上停机检修是一种合情合理的选择,损失最少,成本最低,风险也最小。

1.5 停机过程

  停机过程有两种,一种为正常停机,一种为非正常停机。这两种停机状态都需要进行状态监测。

  停机过程是一台机器一个生命周期的结束,是机器由动态向静态,由热态向冷态转化的过程。在这个过程中,动态平衡被打破,同样机器各部分需要重新进行调整。

  对正常停机过程进行状态监测,是为了防止发生意想不到的破坏,为重新启动作准备。

  对非正常停机过程进行状态监测,是为了验证非正常运行状态、报警状态的原因分析和采取应对措施的正确性,同时也防止发生新的破坏,使机组安全停机。

2 运行状态的基本特征参数

  运行状态要用基本特征参数来描述。描述运行状态的基本特征参数很多,涉及很多方面,但从运动学的角度考虑,主要有运转速度(频率)、轴承温度、振动 烈度 、轴位移、轴心轨迹及噪声等。

2.1 运转速度

随着技术的发展,旋转机械的运转速度越来越高,机器运行的稳定性、安全性也就要求越来越高。

机器各零部件的强度设计、转动部件的配合选择都是以转速为依据的。当运转速度超过设计速度时,转速所产生的应力会导致机器发生严重的机械性破坏。

振动 烈度 、轴位移、轴心轨迹及噪声等级等描述运行状态的基本特征诸参数都与转速有关。

2.2 轴承温度

对于旋转机械,随着旋转速度的变化,从大的分类讲,选用的轴承分为滚动轴承和滑动轴承两类。

对于滚动轴承,可直接测量轴承外圈的温度作为轴承温度,设置一个高位限值作为轴承的控制温度。

对于滑动轴承,测量轴承温度有两种方法,一种是直接测量浇铸的轴承合金外侧温度;另一种方法是测量轴承进出口的润滑油油温,利用轴承进出口的油温温差来控制轴承的工作环境。在无其它热交换、热辐射途径的情况下,轴承进出口油温可以真实地反映轴承的工作环境。