ИЗ ОПЫТА ВИБРОДИАГНОСТИКИ КОМПРЕССОРНЫХ АГРЕГАТОВ

Наличие самых совершенных систем виброконтроля и вибромониторинга не исключает необходимости тщательного анализа обстоятельств возникновения тех или иных ситуаций, сопровождающихся ухудшением вибрационного состояния агрегата и, в ряде случаев, значительным износом или полным разрушением несущих узлов. Как стационарная так и переносная аппаратура позволяют с различной точностью проанализировать вибрационные сигналы, но окончательный вывод о причинах их изменения должен сделать эксперт. Эффективность работы эксперта зависит как от его собственного опыта, так и от наличия на предприятии актов объективного расследования обстоятельств и причин всех аварийных остановок оборудования с анализом факторов, как предшествовавших возникновению аварийной ситуации так и появившихся в результате её.

Вызов от ООО «ПГ «Фосфорит»» г. Кингисепп был связан с трудностями, возникшими при пуске турбовоздуходувок типа ТВД ПП-3725/04. В приложении к вызову были спектральные характеристики вибрации корпусов подшипниковых опор агрегата поз. 1 (рис. 1). При отсутствии каких либо комментариев к рисунку было высказано предположение о наличии дисбаланса на рабочем колесе и расцентровки роторов электродвигателя и нагнетателя. Неисправность распространенная и вполне устранимая.

На момент прибытия на предприятие воздуходувка поз. 1 находилась в работе, а поз. 2 была готова к пуску и проведению балансировки ротора нагнетателя в собственных подшипниках. По информации представителей механической службы цеха работа воздуходувки осложнялась еще и тем, что по не выясненным пока причинам каждый останов по повышенной вибрации сопровождался полным износом упорной части опорно-упорного подшипника.

Во время пробного пуска было проведено обследование вибрационного состояния агрегата поз. 2. При обследовании измерялись средние квадратические значения виброскорости на корпусах подшипниковых опор 1,2,3 и 4 (см. рис. 1) в трех взаимно перпендикулярных направлениях (вертикальном – В и горизонтальном – Г, перпендикулярно оси ротора, и осевом – О вдоль оси ротора) и спектральные вибрационные характеристики в тех же местах и направлениях.

В процессе набора оборотов и нагружения воздуходувки контролировалось изменение спектральных характеристик в точке Г2. В таблице 1 представлены средние квадратические значения виброскорости (мм/с) при работе «на свечу» и под нагрузкой в сети.

Интенсивность вибрации воздуходувки при работе в сети не превышала 3,00мм/с и удовлетворяла техническим требованиям. Было принято решение балансировку ротора нагнетателя не проводить. В то же время, при анализе спектральных характеристик, было установлено наличие расцентровки роторов нагнетателя и электродвигателя, и нелинейность всех опор. На рис. 2 представлен спектр вибрации опоры №2 в осевом направлении при работе под нагрузкой, характерный для горизонтального и осевого направлений вибрации опор №1 и №2. На рис. 3 – 5 показано изменение оборотной спектральной составляющей fо и кратных ей 2fо ,3fо и 4fо при увеличении нагрузки.

Воздуходувка поз.2 была оставлена в работе, а поз.1 остановлена для ревизии и подготовки к пуску.

При ревизии подшипников нагнетателя обнаружилось полное разрушение упорной части опорно-упорного подшипника (износ) и незначительные натиры на опорных поверхностях обоих подшипников.

Износ зубьев соединительной муфты электродвигатель – нагнетатель достиг такой степени, при которой её дальнейшая эксплуатация не допускается.

Сопоставляя результаты вибродиагностического обследования воздуходувки поз.2 и ревизии муфты и подшипников нагнетателя воздуходувки поз. 1, был сделан вывод о причине повышенной вибрации воздуходувок и выхода из строя упорных частей их опорно-упорных подшипников. В результате увеличения зазора между зубьями, вследствие их износа, происходит перекос проставки, и в зубчатом зацеплении возникают расталкивающие силы. При наборе оборотов во время запуска, а так же при увеличении нагрузки во время работы, роторы нагнетателя и электродвигателя «расходятся». Возрастает нагрузка на упорную часть опорно-упорного подшипника нагнетателя. Ротор электродвигателя под действием магнитного поля стремится вернуться в нейтральное положение и эта сила, при заклиненной муфте, так же воспринимается упорной частью опорно-упорного подшипника нагнетателя. Под действием этих сил подшипник разрушается. Перекос проставки инициирует возникновение эксплуатационной расцентровки соединяемых роторов. Общее вибрационное состояние ухудшается вследствие недостаточной жесткости крепления корпусов подшипниковых опор.

Недостаточное внимание к состоянию соединительных муфт привело к серьезным проблемам. Для восстановления работоспособности воздуходувок необходима срочная замена соединительных муфт.

Турбокомпрессор поз.105J цеха по производству аммиака №4 ОАО «НАК АЗОТ» г. Новомосковск относится к практически беспроблемным машинам, поэтому повышенная вибрация корпуса подшипника №5 (рис. 6) была воспринята как чрезвычайное происшествие. Заключение службы вибродиагностики предприятия было однозначным: автоколебания ротора КНД вызваны износом опорного подшипника. Дальнейшая эксплуатация недопустима.

При ревизии подшипников диагноз полностью подтвердился. Натиры по опорной поверхности и выкрашивание баббитового слоя опорного подшипника соответствовали диагнозу. Подшипник был отремонтирован путем наплавления опорной поверхности и последующей расточки в размер.

Пуск турбокомпрессора после ремонта проходил штатно. Интенсивность вибрации корпуса подшипника №5 не превышала 0,3мм/с. В течение двух суток вибрационное состояние оставалось стабильным. Через двое суток интенсивность вибрации корпуса подшипника №5 резко выросла и достигла уровня, отмеченного перед остановкой.

Для определения причин повышенной вибрации были приглашены специалисты фирмы «ТРИЗ». Вибродиагностические обследования турбокомпрессора показали, что его вибрационное состояние определяется вибрацией корпуса опорного подшипника №5 КНД в вертикальном направлении и её субгармонической спектральной составляющей (43,75Гц.). Величина субгармоники достигала 2,68мм/с. при общем уровне вибрации 3,75мм/с. При этом оборотная спектральная составляющая (102,5Гц.) не превышала 0,06мм/с. По всем диагностическим признакам динамическое состояние КНД определялось автоколебаниями его ротора, а состояние рабочих поверхностей опорного подшипника вполне прогнозировалось. Из анализа состояния компрессора перед остановкой для замены подшипника, а так же после их замены, следовало, что необходимо искать причину возникновения автоколебаний.

Компрессор был остановлен для проведения ревизии подшипников, соединительной муфты КВД – КНД и проточной части КНД. Состояние и установка соединительной муфты соответствовали техническим требованиям. На нижнем вкладыше опорного подшипника обнаружено выкрашивание баббита (диаметром до 15мм). Растрескивание баббитового слоя, как в нижнем, так и в верхнем вкладышах в результате ударов. Отслоение баббитового слоя. Отслоение баббитового слоя в боковой части нижнего вкладыша опорно-упорного подшипника. Состояние упорных колодок в пределах нормы. Сильное загрязнение лабиринтных уплотнений второй ступени. Отложения во второй ступени проточной части ротора толщиной до 3мм (анализ показал наличие в отложениях 50% ржавчины).

Сопоставляя данные вибродиагностических обследований и результаты ревизии узлов и проточной части КНД можно заключить, что причина повышенной вибрации – грязевой поток через вторую ступень компрессора. Газогрязеводяной поток повышенной плотности вызвал чрезмерное всплытие ротора, разгрузил подшипники и создал все условия для возникновения автоколебаний. Разрушение подшипников явилось следствием интенсивных автоколебаний. После чистки ротора и подводящего тракта второй ступени компрессор пущен в эксплуатацию. На рис. 7 представлены спектральные вибрационные характеристики корпуса опорного подшипника №5 в вертикальном направлении до и после выполнения ремонтных работ.

При наличии объективных данных, полученных при помощи самых совершенных приборов, наибольшая достоверность диагноза достигается при сопоставлении этих данных с результатами расследования обстоятельств возникновения аварийной ситуации.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004