利用状态监测判断大型压缩机反转的方法

通用电气检测控制技术 关晓东

通过对某化工公司压缩机停机过程中发生的反转事件分析，介绍了利用GE本特利内华达System 1软件分析转速趋势图和转轴振动轴心轨迹图联合判断压缩机发生反转的方法。该方法同样适用于安装了键相或者转速探头、轴振探头的旋转设备。

一、反转现象

压缩机的密封、叶轮、轴承甚至增速机构在设计的时候都是按正常旋转方向考虑的，如果压缩机的实际转向与该设计相反，则称为压缩机反转。

在额定工况运转时，压缩机通常不会发生反转，但是在停机过程中反转现象却时有发生。压缩机反转轻者损伤轴承，重者可能破坏干气密封，甚至导致叶轮脱落。

压缩机机组现场一般不安装反转检测装置，如果安装了键相和互相垂直的X/Y涡流探头轴振测量传感器，则可从其转速趋势图和轴心轨迹图中判断压缩机是否发生了反转。

二、振动的进动方向和轴心轨迹图介绍

振动是有方向性的。轴承上安装有互相垂直的两个X/Y涡流探头，用于测量径向振动，如图1所示。图中转轴旋转方向是逆时针，如果振动方向是从X到Y，即振动方向是逆时针，那么振动方向和旋转方向相同，称为正进动。如果振动方向是从Y到X，则振动方向和旋转方向相反，称为反进动。在没有故障时，机组振动总是表现为正进动。

轴心轨迹图显示的是轴的中心线在油膜轴承间隙内的位置变化情况，展示了轴的中心线的运动途径，两个互相垂直的趋进式电涡流传感器(X/Y组态)测量转子的振动。时基图中的X和Y传感器信号表明了单个传感器所测量的振动，分别展示了X、Y传感器的信号波形。这两个时基信号结合在一起就组成了轴心轨迹图(图2)。

从轨迹图中的断点处向黑色粗点看，其方向就是振动方向，图中用黑色箭头所指的方向就是转轴旋转方向，图中所显示的振动是正进动。

三、压缩机反转案例分析

图3是某化工厂的一台丙烯压缩机组示意图，1台蒸汽轮机驱动1台离心压缩机，共有4个滑动轴承，每个轴承在左右45°处各安装了一个涡流径向振动传感器，在汽轮机上安装有键相传感器。从汽轮机向压缩机看，机组按逆时针方向旋转。

振动测量和保护仪表采用GE本特利内华达3 500系统，振动数据采集和存储系统是本特利内华达System 1软件，由于参考了很多设备管理和诊断专家的意见，System 1又是一款强大的资产管理平台。System 1系统可以记录振动和转速的趋势，并可显示轴心轨迹和频谱图等。

在某次机组停机时，运行人员从DCS系统中观察到机组转速下降到约234r/min(18:58:45)后又忽然上升至1 276r/min(18:59:02)。

当时运行人员怀疑机组发生了反转，但是由于停机时间很短，没有观察到实际情况。不过通过分析本特利内华达System 1中记录的历史数据和相关图谱，证实反转事件确实发生了。

首先，调用本特利内华达System 1中的转速趋势，停机过程的转速趋势如图4所示。从趋势看，转速先从额定转速迅速下降到约230r/min，然后有一个上升的过程，最后逐渐下降到停止不动。转速趋势图帮助证实当时确实发生了降速—升速—又降速—停止的过程。

当转速最后已经下降到100r/min以下时，振动仍然表现为反进动。在低转速时，振动一般表现为正进动，除非X/Y传感器的在软件中设定的组态方向与实际安装位置不符合或者机组发生了严重的不对中状况。在本例中，可以肯定X/Y传感器的配置是正确的，所以可以判断此时机组旋转方向发生了变化。

四、结论

利用本特利内华达System 1中记录的转速趋势图和轴心轨迹图判断压缩机反转是一种简便、有效的方法，适用于类似的旋转机械，比如压缩机、汽轮机、泵等。反转事件发生后，设备人员应及时采取相应的措施，进行必要的检查和处理，避免严重后果的发生。