使用SKF S2M磁悬浮轴承的转动设备的监测和振动诊断的应用实例.pdf

1、使用使用 SKF S2M 磁悬浮轴承的转动磁悬浮轴承的转动设备的监测和振动诊断的应用实例设备的监测和振动诊断的应用实例Gubaidullin/顾顾拜拜杜杜林林（SKF磁悬浮机电一体化有限公司，法国）日期：2015年9月15日，成都 SKF Group主动式磁悬浮轴承（AMB）的众多优点之一是它们内在的作为工况监测和诊断工具的能力。.尽管传统的工况监测工具已经使用被广泛使用了几十年，但是它们并不总能够检测出转子动态运行状态的小的变化。然而，如果没能够在早期发现，即使是很小的变化也会导致灾难性的事件发生。它是检测和破坏之间的竞赛它是检测和破坏之间的竞赛!*。磁悬浮轴承（AMB）控制转子位置在几微米

2、，但是能检测到1/10微米（0.1 微米）的变化！除转子振动数据外，用户还获得了转动设备内部的温度信息、轴承负载（透过电流数值）、不平衡、转子的伸长。如果这些参数达到某些极限值，用户会立即得到警告。如果达到了一个危险值，AMB会马上要求停机（TRIP）。在TRIP情况下，高频数据被储存用于随后的根源分析。在本PPT介绍中，我们将回顾两个真实案例，说明这些潜在的危险情况是如何被监测到和被纠正的。*J.E.T.Penny et al.,Condition Monitoring of Rotating Machinery using Active Magnetic Bearings,ISMA 200

3、623 December,2018Slide 1前言前言 SKF GroupSKF 磁悬浮机械电子有限公司（磁悬浮机械电子有限公司（S2M）全球全球磁悬浮轴承领军企业磁悬浮轴承领军企业关关键数据数据-营业额：5800万欧元（2014年）-员工人数：280人（2014年）全球全球足迹足迹S2M 法国,总部和制造工厂浙江平湖浙江平湖:组装车间组装车间卡尔加里卡尔加里韦尔侬韦尔侬莫斯科莫斯科:销售和服务横滨横滨:销售和服务迪拜迪拜:销售和服务自自1976年起一直从事磁年起一直从事磁悬浮浮轴承承业务 SKF GroupEXAMPLES OF AMB TURBO-MACHINERY IN OIL&GAS

4、23 December,2018Slide 3Images courtesy of GE,Cryostar1,000多台多台/套设备套设备装备了磁悬浮轴承装备了磁悬浮轴承 SKF Group Agip KCO:喀什干2台 透平膨胀机 Neftgaz:Shurtan,Zevardy,Umid,Kemachi,Kokdumalak,Shurtan,Pamuck,Kultak 48台台透平膨胀机透平膨胀机 Uzbekgazprom:Kultak 1台台 透平膨胀机透平膨胀机.UGCC:4台台透平膨胀机 俄罗斯国家石油天然气集团公司：Bovanenkovo,Yamburg,Yukharovskaya,

5、Zapoliarka,Yarinskaya,Pestsovoe,Yujno-Russkoe,Priobskoe,Yujno-Balykskoe,Zapadno-Tarkosalinskoe 11台（燃驱）长输管线压缩机10台（燃驱）增压压缩机102台透平膨胀机Gazprom:萨卡林气田萨卡林气田2台（燃驱）增压压缩机台（燃驱）增压压缩机 Gazprom:TomskTrans气田-6个压气站48台（电驱）长输管线压缩机Shell:Prelude FLNG2台台 透平膨胀机透平膨胀机 Reliance:Hazira,Jamnagar7台台（电驱）聚乙烯压缩机（电驱）聚乙烯压缩机7台 透平膨胀机1

6、Turkmengas:South Yeloten 22台 透平膨胀机Inpex:Ichthys LNG2台台 透平膨胀机透平膨胀机Conocco:North.Belut1台台 透平膨胀机透平膨胀机PTT EP:Arthit1台台 透平膨胀机透平膨胀机a.中海壳牌公司：中海壳牌公司：南海乙烯b.中国化工集团公司：中国化工集团公司：沈阳腊化c.中国北方工业公司：中国北方工业公司：盘锦乙烯d.中国石油化工集团公司：武汉乙烯中国石油化工集团公司：武汉乙烯e.中国陕西延长油田：陕西延长油田中国陕西延长油田：陕西延长油田.天然气处理f.中国浙江三金集团：中国浙江三金集团：浙江 聚丙烯g.中国北方工业集团公

7、司：中国北方工业集团公司：广州 天然气项目h,空气分离项目空气分离项目10台台 透平膨胀机TOTAL:50+units(TEX,spindles,blowers)ABCDEFG中国化工集团公司中国化工集团公司(中国中国)177千瓦千瓦-35 400转转/分分BSKF S2M 磁悬浮轴承磁悬浮轴承在亚洲油气行业的业绩超过在亚洲油气行业的业绩超过250个个 SKF Group技术技术先导先导机电一体化机电一体化装置装置=机械部分机械部分+电子电子部分部分+信息技术信息技术 SKF GroupS2M TECHNOLOGY -VIBRATION CONTROL SKF Group控制面板控制面板轴承自

8、由度轴承自由度Wi、Vj、Zi：力的矢量方向或所测量到的转子位移量。测量参数（现场或远程）：测量参数（现场或远程）：位置、速度、温度、电流（力）、硬着陆，等等 SKF Group3D Waterfall快照快照采样数据快照显示定期间隔刷新轨迹图轨迹图位置数据的极坐标可视化趋势图趋势图连续捕捉实时数据的数据采集工具（在14千赫兹有30个通道）事件查看器事件查看器查看和存储采样数据+事件日志实例：数据可视化实例：数据可视化合格用于海底压缩项目合格用于海底压缩项目 SKF GroupREMINDER:ROTOR NATURAL FREQUENCY MODES23 December,2018Slide

9、 9 SKF Group案例案例 1:配备配备AMB的天然气补气压缩机的天然气补气压缩机压缩机的特性：-离心压缩机，功率：16MW5800 转/分（97赫兹），燃气轮机驱动。-转子重量：1.7吨吨;转子长度：4米米-2个径向磁悬浮轴承，直径：240毫米毫米（每个轴承垂直承载能力：2,3吨）-1个推力磁悬浮轴承，可承受轴向力8吨吨-5个压缩级，挠性（超临界）轴23 December,2018Slide 10 SKF Group配备了磁悬浮轴承（配备了磁悬浮轴承（AMB）的补气压缩机）的补气压缩机振动分析的背景-在第一次起动时检测到转子位移超过极限值 停机停机-尽快找到大位移的原因尽快找到大位移的

10、原因23 December,2018Slide 11微米/赫兹径向转子位置驱动端侧径向转子位置 非驱动端侧轴向转子位置转速TRIP 极限值=100 微米辅助轴承气隙=200 微米TRIP 大位移可达TRIP极限值转速=88 赫兹（5300 转/分）局部放大图局部放大图第一频率t=11毫秒;f=90赫兹时间曲线时间曲线第二频率t=34毫秒;f=30赫兹安全运行在安全运行在 67 微米区域微米区域（最小气隙的（最小气隙的30%）SKF GroupBooster-Compressor equipped with AMBSPECTRUMS CAN CONFIRM&PRECISE TEMPORAL AP

11、PROACH23 December,2018Slide 1225-30Hz up to 80 microns90Hz 50 microns(stable)Summary of observations:-90Hz freq is the unbalance vibration stable at 50m peak.-30Hz freq is sub-synchronous and not stable.This is the cause of excess of displacement.deceleration SKF Group配备配备AMB的天然气补气压缩机的天然气补气压缩机30赫兹不稳

12、定频率的根源是什么赫兹不稳定频率的根源是什么?23 December,2018Slide 13平动平动（一阶刚性模态）（一阶刚性模态）25 赫兹赫兹问题源自在转动中的动态效应激发了计算值为25赫兹的转子平动模态。转子变为不稳定态并在25-30赫兹频域产生大的位移导致出现一个TRIP。AMB能够部分阻尼掉这些振动，但是AMB不能去除掉其根源。根据经验，这样的自激振动可能是由一个（由迷宫密封处的泄漏引起的）转动而产生的。这个现象引起强烈的交叉耦合效应。RCA表明问题与迷宫密封（异常大的间隙）有关。OEM商已被告知，并且提出来纠正措施。压缩机已成功投入运行压缩机已成功投入运行 SKF Group案例

13、案例 2:在用的涡轮膨胀机在用的涡轮膨胀机-再压缩机再压缩机涡轮膨胀机-再压缩机的特性：-5兆瓦22,000转/分（366赫兹）-转子重量：110公斤；转子长度：1米-2个径向磁悬浮轴承，直径：150毫米（每个轴承的承载能力为700公斤）-1个推力磁悬浮轴承，可承受轴向力2吨-1个膨胀机叶轮和1个压缩机叶轮23 December,2018Slide 14 SKF GroupContext of the vibration analysis-After wheels replacement,nominal speed could not be reached due to high radial

14、 vibrations-Find the cause of large vibrations23 December,2018Slide 15Turbo-Expander in production equipped with AMB m/HzRadial rotorposition Exp sideRadial rotor position-CompsideRotation speedTrip threshold=90 micronsAuxiliary Bearing gap=150 micronsLarge displacement over trip thresholdRotation s

15、peed=250Hz(15 000Rpm)TEMPORAL CURVESTRIP ZOOMVib frequency t=7ms;f=143HzExp vibration in opposite with Comp Vibration=conical modeTrip threshold=90 micronsAuxiliary Bearing gap=150 microns SKF GroupSPECTRUMS CAN PRECISE TEMPORAL APPROACH23 December,2018Slide 16250Hz 5 microns(stable)Summary of obser

16、vations:-250Hz freq is the unbalance vibration stable at 5m peak.-100Hz freq is sub-synchronous and stable at 20m peak.-Trip is due to a burst at 150Hz of 130m peak.Turbo-Expander in production equipped with AMB100Hz 20 microns150Hz burst of 130 micronsdeceleration SKF GroupWhat is the source of 150

17、Hz instable frequency?23 December,2018Slide 17The conical rigid mode 140Hz at AMB stiffnessThe source of vibration and trip is the conical mode.But even after having adjusted the AMB to control this mode,it stays instable in rotation.Turbo-Expander in production equipped with AMB SKF GroupWhen the A

18、MB does not any impact on vibration,we have to find an external causeStudy of stiffness response 23 December,2018Slide 18Turbo-Expander in production equipped with AMBIn standstill(0Rpm)In rotation(17 100Rpm)Clear reduction of stiffness under rotation in low frequenciesAMB alone cannot explain that

19、phenomenon!Suspicion about liquid presence in clearances,creating“3rd bearing”(additional stiffness&damping)effect!Hole of stiffness in the region of 150Hz!SKF Group在与叶轮制造商（OEM）以及最终用户（主要油气公司）讨论后：公认有液体存在 叶轮的新设计对有可能累积在密封件中的液体更敏感修改密封排除液体后问题已解决。涡轮膨胀机已成功投入运行。23 December,2018Slide 19配备配备AMB的在用涡轮膨胀机的在用涡轮膨胀机-再压缩机再压缩机