氧压机瞬态故障信号采集与分析

刘光勇

（吐哈油田公司技术监测中心，新疆鄯善838202）

氧压机瞬态故障信号采集与分析

刘光勇

（吐哈油田公司技术监测中心，新疆鄯善838202）

瞬态信号的分析研究在设备故障诊断中具有重要价值，由于瞬态信号具有随机性、时间短、不易捕捉的特点，因此，如何将瞬态信号记录下来并重新构建还原实时数据就成为研究的关键环节。通过氧压机在运行中出现瞬时波动的故障案例，阐述了对瞬态信号进行采集、处理和分析方法，准确判断氧压机瞬时波动的故障原因，从而消除故障隐患，保证设备的安全可靠运转。

氧气压缩机；故障诊断；信号分析

1 引言

我公司一台3TYS78+2TYS56型氧压机组，结构形式为蒸汽轮机驱动的离心式压缩机，压缩机分为低压缸和高压缸。低压缸与汽轮机直接相连，转速为12392 r/min，高压缸通过增速箱与低压缸连接，转速为14429 r/min。在机组运行过程中，Bently3500监测系统显示压缩机高压缸转子轴向位移不定时产生瞬时波动，瞬间达到最高幅值后又很快恢复到正常水平，通常一天会随机出现1至3次。为了消除设备潜在风险，保证运行安全，决定对故障性质作进一步分析判断。

2 信号采集与分析

2.1 测试分析系统的选择

选用B&K3560B多通道振动噪声测试分析系统，主要包括多通道数据采集器和Pulse分析软件，它集成FFT分析仪、阶次分析仪、数据记录仪、转速仪、总级值分析仪等多种模块，该系统可用于旋转设备及相关零部件的振动测试、阶次分析、转速跟踪、结构动态特性测试和模态分析等，具有实时监测和数据回放功能。

2.2 诊断方案设计

该故障具有随机性、持续时间短、捕捉难度大的特点，如果进行实时分析困难较大。因此决定利用B&K3560B测试分析系统TDR(数据记录仪)模块将各测点原始振动时域信号完整录制下来，并自动存储于电脑硬盘中，然后利用专业软件进行重新采样，构建还原实时数据再现故障当时情况，以便于技术人员作进一步的分析判断。

2.3 故障信号处理与分析

将仪器设置为自动录制模式，放在压缩机运行现场，共录制原始数据36 h。录制完成后对原始数据进行回放，数据显示其间发生过5次波动，振幅大小每次都不同，但是波形完全一致，挑选一组进行分析说明见图1。该信号持续时间约0.1s，因此，截取波动点前后0.5s的时域信号进行重新采样，得到对应的频谱和细化谱图形见图2、图3。

图1 轴向位移波动前后0.5s时域波形

图2 轴向位移波动重新采样后的频谱图

图3 细化谱

用同样的方法找出波动瞬间对应时刻高压缸转子径向振动信号的时域波形及轴心轨迹见图4、图5。

图4 波动对应时刻径向振动时域信号

图5 波动对应时刻径向轴心轨迹

在图1中可以清晰看出轴向位移波动呈跳跃型，振幅上升时间约为0.08 s，下降约为0.71 s，上下振幅波动约240 μm，持续时间非常短，到达最高幅值后随即恢复到正常水平。而在此瞬间，径向振动的时域波形也没有任何异常变化，机组转速和轴心轨迹保持稳定状态。

通过以上数据分析，假如轴向位移产生真实波动，说明高压缸转子轴向力发生变化。通常轴向力平衡会受到末级压力、进气压差、平衡鼓气封以及推力轴承润滑油温度、压力等因素影响，如果轴向力确实受到这些因素影响而产生波动，那么恢复到平衡状态也需要一个较长过程，而现场运行记录显示这些工艺参数在波动瞬间也没有出现任何变化。假如受到机械碰磨产生轴向波动，通常径向振动也会产生一定程度波动，根据对径向传感器数据重新采样得到的图形和数据表明此时径向时域波形和轴心轨迹也十分稳定，没有丝毫异常波动。由此判断，监测信号显示的波动幅值并非由高压缸转子轴向位移真实的波动而引起，首先排除了机械故障因素，那么最大可能是传感器或前置放大器以及连接电缆之间产生的不稳定干扰信号。

根据这个结论，重新更换了轴向位移涡流传感器，并对线路检查调试，监测信号恢复正常，故障得以排除。

3 结论

大型高速旋转设备监测信号瞬时波动的情况时有发生，会对设备的正常运行造成干挠，严重时造成机组高报停机。而从另一个角度来看，某些瞬态信号譬如起停机、升降速信号中又包含了丰富的故障特征信息，因此，对瞬态信号的分析研究具有重要意义。由于瞬态信号具有随机性、时间短、不易捕捉的特点，怎样将瞬态信号记录下来并重新构建还原实时数据就成为研究的关键环节，去伪存真，找到有价值的故障特征信息，才能实现对大型机组瞬时振幅波动的故障判断，从而消除故障隐患，减少不必要的停机损失，保证设备的安全可靠运转。

Collection and Analysis of Transient Fault Signals in Oxygen Compressor

LIU Guang-yong
(Turpan-Hami Oilfield Company Technology Monitoring Center,Shanshan 838202,China)

The analysis and research of transient signals has important values for diagnosing equipment faults.How to record the transient signals and reconstruct real-time data will be the key point of research because of the features of random,short time and difficult to capture of transient signals.Aiming at the fault case of transient fluctuation occurred in the operating of oxygen compressor, this paper specified the method of collecting,treating and analyzing transient signals,accurately determined the reason of transient fluctuation,which has eliminated the hidden faults and ensured the safe and reliable operation of equipment.

Qxygen compressor;fault diagnosis;signal analysis

TH45

B

1006-2971（2015）03-0048-03

刘光勇，男，机械工程师，从事设备状态监测与故障诊断研究。E-mail：liuguangyong@petrochina.com.cn

2014-11-23