高爐TRT機(jī)組蜂窩密封振動故障診斷

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高爐TRT機(jī)組蜂窩密封振動故障診斷

謝民

(湖南湘潭鋼鐵有限公司,湖南湘潭411101)

【摘要】通過對湘潭鋼鐵公司2#高爐TRT機(jī)組啟機(jī)測試過程的分析，指出2#高爐TRT應(yīng)用蜂窩密封后機(jī)組試車時引起軸振動大故障的主要原因是蜂窩密封碰磨,總結(jié)分析了碰磨引起異常振動的診斷和處理措施。

【關(guān)鍵詞】高爐TRT;蜂窩密封;振動故障;診斷

1　前言

1.1湘鋼2#高爐TRT于2010年4月投產(chǎn),是陜鼓2009年6月份生產(chǎn)的干法除塵能量回收透平膨脹機(jī)組，該機(jī)組型號為MPG19.2-295.6/180，額定容量18 MW，工作轉(zhuǎn)速3000 r/min，進(jìn)口壓力0.29 MPa，出口壓力0.011 MPa，進(jìn)口溫度180毅C。軸系臨界轉(zhuǎn)速（計算值）r/min：第一階1560（TRT轉(zhuǎn)子一階），第二階1640（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階），運行過程中軸系的振動報警值80滋m，跳機(jī)值為160滋m（軸瓦的2個測量點都達(dá)到才跳）。透平機(jī)轉(zhuǎn)子前軸承位于前箱內(nèi)，后軸承與推力瓦一起座落在排氣缸上。

1.2 2#高爐TRT機(jī)組軸端密封方式采用的是由拉別令密封+碳環(huán)密封+充氮氣封堵漏氣系統(tǒng)組成。投產(chǎn)運行1年以后，TRT進(jìn)出口軸封存在煤氣泄漏安全隱患。在2011年9月對其進(jìn)行首次開蓋檢查期間，發(fā)現(xiàn)TRT高低壓兩側(cè)迷宮式氣封翅片磨損，氣封間隙部份超標(biāo)。2013年10月開大蓋檢查了2#高爐TRT主軸氣封翅片磨損并檢測了氣封間隙，由于氣封間隙嚴(yán)重超標(biāo)，煤氣泄漏隱患無法得到徹底解決。鑒于2014年4#高爐TRT濕法改干法應(yīng)用了蜂窩式氣封，軸封煤氣達(dá)到了零泄漏目標(biāo)，于2015 年6月開展2#高爐TRT中修工作，中修重點項目為蜂窩氣封改造。

2　 2　#高爐TRT機(jī)組檢修情況

2.1檢修內(nèi)容

主要是將1#瓦、2#瓦更換為新軸瓦；轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸封套更換為新軸封套；軸端密封方式更換為蜂窩密封。

2.2蜂窩密封改造

2.2.1改造后蜂窩式密封方案為：蜂窩式密封組件+氣膜密封裝置+充氮氣封堵漏氣，內(nèi)部（里側(cè)）為蜂窩汽封密封，密封煤氣；外部（外側(cè)）為氣膜密封，來密封極少量的煤氣泄漏，氮氣由三道零接觸密封來進(jìn)行密封。密封氮氣從淤于以大于被密封煤氣0.02~ 0.03 MPa的壓力進(jìn)行封堵。結(jié)構(gòu)示意圖圖1所示。

2.2.2蜂窩式密封安裝調(diào)試。TRT氣封體進(jìn)行更換，現(xiàn)場確保機(jī)組轉(zhuǎn)子中心、密封套洼窩、缸體在此狀態(tài)下不會再動，不影響氣封的安裝調(diào)試。先對下氣封體及氣封蜂窩片進(jìn)行安裝調(diào)試，在對上氣封蜂窩片安裝調(diào)試。上下氣封體扣大蓋試裝（避免因上下機(jī)殼存在間隙（0.2 mm）對氣封體造成損壞）。

本次檢修通過調(diào)整蜂窩汽封背弧，調(diào)整至蜂窩廠家圖紙要求的范圍：進(jìn)、排氣側(cè)外第1列到第8列的間隙標(biāo)準(zhǔn)0.25~0.35(mm)，進(jìn)、排氣側(cè)外第9列到第13列的間隙標(biāo)準(zhǔn)0.35~0.45(mm)。

圖1　機(jī)組密封改造后結(jié)構(gòu)示意圖

3　 2　#高爐TRT啟機(jī)測試過程分析

3.1測點布置

利用SK1972振動分析儀對2#高爐TRT啟機(jī)情況進(jìn)行測量、記錄、存儲、分析和處理。機(jī)組振動測量系統(tǒng)為本特利3500型，1#、2#軸瓦附近左右45毅方向各安裝一個電渦流傳感器測量TRT轉(zhuǎn)子軸相對振動，發(fā)電機(jī)前后軸承座頂部垂直方向安裝9200速度測量瓦振。4號軸承前端右140毅方向臨時安裝的光電傳感器與軸外露部分粘貼的反光片配合測量機(jī)組轉(zhuǎn)速和振動相位。3500系統(tǒng)后面板的端子輸出信號到DCS實時顯示機(jī)組振動，面板Q9插座輸出信號和鍵相信號進(jìn)入SK1972振動分析儀。軸系結(jié)構(gòu)如下圖2所示。

圖2　軸系結(jié)構(gòu)圖

3.2三次啟機(jī)振動測試過程分析

3.2.1 2015年6月16日08:58開始對機(jī)組進(jìn)行升速試驗，9：35:37機(jī)組升速至487 r/min轉(zhuǎn)時，1#瓦軸系振動存在上升趨勢明顯異常，降速盤車。分析圖3中振動趨勢認(rèn)為：487 r/min時1Y振動便達(dá)到了120滋m,并分析圖4 1Y的頻譜主要為基頻7.88Hz，在更換新型蜂窩密封的情況并考慮機(jī)組熱膨脹時間很短，機(jī)組振動有可能原因是碰磨。機(jī)組停止繼續(xù)升速，降速后進(jìn)行連續(xù)盤車、停車檢查。機(jī)組不開大蓋，開1#軸承箱進(jìn)行了檢查，未有異常情況。

3.2.2 2015年6月17日1點開始再次對機(jī)組進(jìn)行升速試驗，1：30分開始啟機(jī)升速，機(jī)組升速至500轉(zhuǎn)時，1、2#瓦軸系振動均正常，振動值維持20滋m左右。機(jī)組穩(wěn)定運行30 min后，先將轉(zhuǎn)速緩慢升至1000轉(zhuǎn)，1、2#瓦軸系振動也逐步上升，2#瓦軸系（2y）振動最大升至160滋m，因而將轉(zhuǎn)速降至500轉(zhuǎn)并運行30 min，但是1、2#瓦軸系振動下降不大，2#瓦軸系（2y）振動最大值還有140滋m，4點左右轉(zhuǎn)速升至1000轉(zhuǎn)，1、2#瓦軸系振動再次沖高，最后1、2#瓦軸系振動達(dá)到160滋m停機(jī)。機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速以下多次進(jìn)行升速和降速試驗和頻譜主要為基頻表明，機(jī)組有較嚴(yán)重的碰磨現(xiàn)象，基頻占主要成份，是由于局部碰磨引起的熱彎曲導(dǎo)致。

圖3　2015年6月16日TRT啟機(jī)1X、2Y、2X振動趨勢

圖4　1Y的頻譜

采取如下措施：1、將氣膜密封裝置更換成前軸碳環(huán)密封座舊備件減少碰磨機(jī)會。2、由于TRT軸冷態(tài)密封間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍，為分析可能產(chǎn)生碰磨的情況，啟機(jī)機(jī)前安排對TRT本體東西兩側(cè)（四點）安裝百分表，比對啟機(jī)后百分表的數(shù)據(jù)變化。參見圖5。

圖5　TRT本體膨脹測量點布置

3.2.3 2015年06月17日13：50第三次開始啟機(jī)升速，機(jī)組升速至500、1000 r/min時，1、2#瓦軸系振動均正常；15:14:22機(jī)組升速至臨界1690 r/min時，2#瓦軸系（2y）振動升至129滋m，臨界轉(zhuǎn)速后1#、2#瓦軸系振動并迅速回落，如圖6所示。將轉(zhuǎn)速逐步穩(wěn)定上升直至2620 r/min，1#、2#瓦軸系振動比較穩(wěn)定，有輕微上升趨勢并不穩(wěn)定，之后根據(jù)1#、2#瓦軸系振動邊觀察邊進(jìn)行轉(zhuǎn)速的調(diào)整，15:15~17:08維持轉(zhuǎn)速在2360~2780 r/min之間磨合，17:23:32轉(zhuǎn)速升至3000轉(zhuǎn)，并一直保持在3000轉(zhuǎn)。之后1、2#瓦軸系振動上升趨勢加劇，先是1#瓦軸系（1y）振動在18:11:34時達(dá)到122滋m，通過對機(jī)組運行情況的觀察，確定先磨合運行，需要注意到1#瓦軸系（1y）振動在磨合運行后，先降后又升再降直到穩(wěn)定，同時2#瓦軸系（2y）振動出現(xiàn)相應(yīng)波動且有上升趨勢，19:34:38時2#瓦軸系（2y）振動達(dá)到120滋m，1#瓦軸系（1y）振動達(dá)到125滋m，此后1、2#瓦軸系振動顯下降趨勢，并視振動的下降緩慢加負(fù)荷，于22: 09:48分機(jī)組帶正常負(fù)荷，除2#瓦振動探頭點振動達(dá)49.7滋m，其他振動均控制在30滋m左右，機(jī)組運行狀況正常，祥細(xì)運行趨勢參見圖6和各時間點機(jī)組振動數(shù)據(jù)表1。

圖6　2015年6月17日TRT啟機(jī)1X、2Y、2X、2Y振動趨勢

表1　06月17日各時間點機(jī)組振動數(shù)據(jù)（通頻）　滋m

此次啟機(jī)機(jī)組整體膨脹測量具體數(shù)據(jù)如下表2：根據(jù)檢測結(jié)果，機(jī)組整體膨脹向西側(cè)偏移，導(dǎo)致機(jī)組軸封間隙偏小碰磨。

表2　機(jī)組整體膨脹測量記錄表

4　總結(jié)分析碰磨引起異常振動的診斷和處理措施

4.1碰磨引起異常振動的診斷

在更換新型蜂窩密封的情況下，第一次啟機(jī)在487 r/min低速時，1Y振動便達(dá)到了120滋m,分析1Y的頻譜主要為基頻7.88 Hz，考慮機(jī)組并沒有引起不平衡的結(jié)構(gòu)性因素，機(jī)組在臨界轉(zhuǎn)速以下多次進(jìn)行升速和降速試驗對1#、2#瓦軸系振動影響不大，頻譜分析主要占比為基頻，表明機(jī)組異常振動是同由有較嚴(yán)重的碰磨現(xiàn)象引起，基頻成份主要是由于局部碰磨引起的熱彎曲導(dǎo)致，這是一個升速過臨界轉(zhuǎn)速之前便發(fā)生了動靜碰磨的典型實例。機(jī)組在在工作轉(zhuǎn)速3000 r/min時，碰摩故障仍然存在，嚴(yán)格制定停機(jī)值160滋m以下，采取控制磨合方法消除了碰摩故障。雖然TRT軸冷態(tài)密封間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍，通過打表現(xiàn)場觀察啟機(jī)機(jī)組整體膨脹具體數(shù)據(jù)的變化，機(jī)組整體膨脹向西側(cè)偏移，導(dǎo)致機(jī)組軸封間隙偏小碰磨。

4.2碰摩故障在磨合的不同階段應(yīng)采取的相應(yīng)處理措施要求

對于碰摩故障主要是針對提前預(yù)防故障的發(fā)生，但當(dāng)碰摩故障出現(xiàn)之后應(yīng)該采取相應(yīng)的解決措施來進(jìn)行有效地處理碰摩故障。

4.2.1如果在啟動中存在動靜碰摩，機(jī)組應(yīng)停止繼續(xù)升速，降速后進(jìn)行連續(xù)盤車后再升速。或者先降低轉(zhuǎn)速保證振動恢復(fù)到正常水平時(動靜接觸脫離)再升速，若此時摩擦仍然存在，可以再次降低轉(zhuǎn)速繼續(xù)磨合。否則容易造成大軸永久彎曲的嚴(yán)重事故。

4.2.2如果啟動過程中碰摩故障發(fā)生在臨界轉(zhuǎn)速以上時，則應(yīng)該保證振動可控的前提下在該轉(zhuǎn)速上多停留一段時間，讓動靜部件之間自行磨合擴(kuò)大間隙，然后再升速。

4.2.3工作轉(zhuǎn)速的碰摩故障如果采取磨合方法消除故障，則應(yīng)該嚴(yán)格制定停機(jī)值，防止在停機(jī)惰走過臨界轉(zhuǎn)速時摩擦加劇，引起更大的振動。

[參考文獻(xiàn)]

[1]施維新.汽輪發(fā)電機(jī)組振動及事故[M].北京:中國電力出版社. 1999.

[2]陸頌元.大型機(jī)組動靜碰磨的振動特征及現(xiàn)場應(yīng)急處理方法[J].中國電力, 2003, (1).

Diagnosis of Honeycomb Seal Vibration Fault in Blast Furnace TRT Unit

Xie Min

(Hunan Xiangtan Iron and Steel Co., Ltd., Xiangtan, Hunan 411101, China)

[Abstract]Through analysis of the startup test process of Xiangtan Steel’s No.2 blast furnace TRT unit, it was pointed out that rubbing impact had been the main cause of the excessive axle vibration at test running after application of honeycomb seal in the TRT. Di原agnosis and treatment of the abnormal vibration were summarized and analyzed.

[Keywords]blast furnace TRT; honeycomb seal; vibration fault; diagnosis

作者簡介:謝民(1963-),男,畢業(yè)于武漢科技大學(xué),高級工程師,現(xiàn)從事設(shè)備技術(shù)工作。

收稿日期:2015-08-25

【文章編號】1006-6764（2015）12-0039-04

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【中圖分類號】TK229