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连续重整再生风机振动分析和故障诊断
施瑞丰 中石化上海高桥分公司炼油五部 上海 200137
摘要：利用状态监测和故障诊断技术对连续重整装置再生风机径向振动过大进
行分析和诊断，在测试、分析的基础上，结合径向振动机理，根据该风机运行历史，找出了风机振动过大的原因，提出了相应的改造措施，等待检修时加以实施。
关键词：离心风机 轴承箱 径向振动 故障诊断 状态监测
Vibration Analysis and Fault Diagnosis on the regeneration Blower of the CCR
Shi Rui-feng(Shanghai gaoqiao banch affiliated to China Petroleum&Chemical Corporation) Abstract：The radial vibration of the regeneration centrifugal Blower has been analyzed by the technology of the condition monitoring and fault diagnosis in this paper.Based on testing,analyzing,and combined with the mechanism of the radial vibration,the vibration reasons have been found and the rebuilding measures have been provided,the measures will be put in practice.
Keywords：centrifugal Blower;bearing box;radial vibration;fault diagnosis;condition monitoring;
1． 绪论
1．1课题背景
连续重整装置是以石脑油为原料，经过环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化、直链烷烃异构化等反应生产高辛烷值汽油，并副产氢气的生产装置。它采用的是铂铼催化剂，催化剂再生使用流化床技术。再生风机是再生系统的关键设备，主要作用是为催化剂再生提供足够的烧焦风。风机由美国Piller公司生产，其型号为67971 KKXGAE 80355，它的输送介质为再生气，热流量为3.023m3/sec,总压力降为5.93KPa,吸入压力为340 KPa，介质温度为509℃。风机转速有两档，分别为1500/3000min-1,低转速适用于启动工况，这时操作温度低于300℃，介质氮气密度为4.2kg/m3,所需轴功率为9.6KW,高转速对应于正常工况,这时介质密度降为1.577 kg/m3,所需轴功率增加到29.83KW。其轴承箱内布置有双支承球轴承，轴承制造商为SKF公司，型号为SK 22208-3或6220/C3。采用具有恒定油位的油浴润滑，轴承设计寿命约100000 hours,轴承箱上布置有2个振动探头和2个远传和就地温度计，振动和温度监测系统采用Bentley Nevada 3300系统。根据风机出厂说明书，轴承的报警值为4.5mm/s,停机值为7.2 mm/s，该值是根据ISO2372标准制定的。电机采用1极双速交流马达，其额定功率为
15/55KW。该风机自1998年6月投用以来，经过了数次修理，相关记录如下：
表1 再生风机运行档案 修理日期（年/月/日） 2000.6.2 2000.12.6 2005.8.9 2005.8.23 2008.12 2009.4.2
设备更换主要零配件 更换轴承2只 更换联轴器 电机轴承坏更换 更换风机轴承箱一只、风机蜗壳吊装进出口管线拆装焊接 轴承箱缺油,更换油位计 马达定期修理 2010年9月2日由于装置跳电，再生系统热停车。等到恢复正常时，由于再生气降温，按照操作规程，当再生气温度低于300℃时，再生风机应由高速档切换到低速档，但低速开关按钮失灵，导致再生风机在低温状态下又连续运行。到9月3日凌晨，再生风机出现振动超标问题，并且现场运行噪音很大，需要对它进行诊断处理。
1．2文献综述
为了寻找到这个问题的解决思路，首先去查找了相关的技术文献，希望从中能得到相关的启发。查找文献主要从这个思路着手，首先需要了解国内对相关问题的研究，这主要通过查找万方数据库的学位论文来实现；接下去主要查找了故障诊断的具体应用情况，这主要是从维普数据库中查找《流体机械》期刊中相关方面的内容，最后还要了解一下国外对这个问题的研究情况，这主要通过权威的EI数据库来查找。
我重点研读了上海交通大学卫振华于2005年写的《汽轮发电机组振动故障诊断系统的开发》硕士学位论文。该文提出了基于隶属度和规则的层次分类诊断模型，建立并实现了汽轮机轴系振动故障诊断规则库，该文整理归纳了十大类的故障，并分别用规则构成了层次分类诊断模型和规则知识库。根据此知识库编制程序运用到系统中，在实践中进行分析推理，找出振动故障的征兆和特征，利用程序诊断出与征兆特征所对应的故障，从而完成汽轮发电机组振动故障的诊断。到了2009年，上海交通大学韩晖写的《基于数据挖掘的900MW汽轮机组故障诊断系统研究》论文中，关于故障诊断方面的工作又有了进一步地进展。它的研究对象已经从上文的通用汽轮机进展到特定的900MW的超临界汽轮机，该文设计了机组振动故障诊断系统的总体框架结构，完成了集热力参数和振动参数于一体的数据库框架设计和电厂热力参数接口程序的设计。该文提出的针对超临界机组的故障诊断模型与上文不同，它是基于关联规则的，首次将诸多热力参数、运行调整参数与振动参数结合在一起，建立并实现了特定机组的轴系振动故障诊断规则库。论文共整理出共六大类的故障，并分别采用关联规则挖掘算法将振动征兆、热参数数据和故障类型之间的关系用关联规则的置信度和支持度来表示，构成关联规则挖掘的规则知识库。在关于故障诊断科研的基础上，我又对故障诊断技术的应用情况作了一下了解。通过对核心期刊《流体机械》的查询，发现目前机械设备故障诊断方面的论文主要有两类：一是涉及某一具体设备的故障诊断和修理，设备种类非常多，几乎涵盖了石油化工所有的动设备，一些故障诊断的工具如频谱图、瀑布图、轴心轨迹图都得到了运用，更有一些我们不熟悉的往复机械的故障诊断国内也有人在研究，如哈工大窦唯等的论文《主元三阶谱分析在故障诊断中的应用》等；另一方面是对故障诊断系统本身的研究，目前，远程故障诊断是一个非常有开发前景的方向。模糊诊断、神经网络、灰色理论等新方法被广泛应用于故障诊断系统中。
外文期刊论文检索中找到故障诊断方面的论文非常多，有希腊学者Loutas写的《Condition monitoring of gears and advanced signal processing techniques towards more
effective diagnostic schemes》一文中使用了两种不同的小波分析方法而不是传统的FFT傅立叶变换，对齿轮箱的振动信号进行特征提取。而印度工程师N. Saravanan等所著的《Fault diagnosis of spur bevel gear box using artificial neural network (ANN),and proximal support vector machine (PSVM)》一文中使用人工神经网络和矢量机处理了齿轮箱的建立在小波理论基础上的故障特征。在国外故障诊断中使用了许多新技术，如巴西人Cesar da Costa等写的《Induction Motors Based on Vibration Measurement》一文中，一种实时的振动分析系统是以软件MATLAB/Simulink为平台的回路体系，系统中用一种专门工具箱把Simulink模型编译成专用的硬件语言-HDL。总之，国外学者在故障诊断方面使用了非常多的新技术。
通过对文献的查阅，对再生风机振动大的问题准备从以下几方面着手，首先要对现场风机进行现场布点工作，主要原则是对每个轴承按水平径向、垂直径向和轴向三个方向进行逐点测试，并与标准作比较，然后找出其中振动超标的测点；对这些超标测点安装专门的传感器进行频谱分析，找出振动能量最大的特征频率；通过机械设备状态监测与故障诊断课程的学习，对产生该特征频率的可能原因进行分析，并制定相应的措施进行整改。
1．3本文研究内容
本文主要针对再生风机振动超标的问题，运用设备状态监测和故障诊断的方法，寻找出可能产生故障的原因，并采取相应的措施进行整改。
2． 振动测试
2．1测点布置
按照常规方法，对再生风机的轴承箱两端轴承和电机两端都进行了布点，由于轴承箱结构限制，所以这里无法对轴承的轴向振动进行测试。在再生风机旁平台上站立，感觉平台抖动很剧烈，为了了解再生风机的基础振动情况，所以这里对基础靠近电机和轴承箱处都布置了测点。测点布置图如下：
1234再生风机轴承箱基础6电机5平台7
图1 再生风机测点布置图