煙機現(xiàn)場動平衡技術(shù)應(yīng)用

何 峰

（中國石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

煙機現(xiàn)場動平衡技術(shù)應(yīng)用

何 峰

（中國石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

由于催化裝置煙機機組自身特性，導(dǎo)致其故障率較高，給生產(chǎn)造成危害較大。分析某公司煙機常見故障，并總結(jié)出利用現(xiàn)場動平衡解決機組振動的方法。

煙機；振動；現(xiàn)場動平衡

催化煙氣輪機（簡稱煙機）是石化企業(yè)關(guān)鍵設(shè)備之一，某公司煙機型號為Y LⅡ-12000B型，雙級懸臂式、垂直剖分、軸向進氣、徑向上排氣結(jié)構(gòu)。利用催化裂化裝置產(chǎn)生的高溫再生煙氣，驅(qū)動軸流主風(fēng)機作功并輸出部分電能。煙機的運行情況對保證裝置正常平穩(wěn)運行和節(jié)能降耗具有重要意義。

同時，煙機故障率較高，有些煙機1年停機修理2～3次是很普遍的現(xiàn)象，這與裝置長周期運行的要求相差很遠。頻繁停機導(dǎo)致裝置能耗上升，處理量下降，嚴重影響了企業(yè)經(jīng)濟效益。因此，及時查清故障原因和設(shè)備隱患，采取相應(yīng)的措施，保證機組安全、穩(wěn)定、長周期運行是十分重要的。磨損、葉片沖刷、催化劑堆積、動靜摩擦、動平衡破壞、同心度偏移、油膜失穩(wěn)及管線應(yīng)力影響等常見煙機故障都在某公司出現(xiàn)過。2007年，某公司曾3次因煙機振動問題停機處理，也曾多次采用現(xiàn)場動平衡技術(shù)對煙機振動進行消除，效果良好。

一、煙機常見故障

1.磨損、葉片斷裂、催化劑堆積等

催化裂化裝置再生煙氣中所含催化劑粉塵，隨煙氣一起高速通過煙機葉片，對煙機流道產(chǎn)生沖刷，容易產(chǎn)生磨損、葉片斷裂、催化劑堆積等。

2.不對中及熱變形

造成機組轉(zhuǎn)子不對中的原因有安裝誤差、管道應(yīng)力影響、溫度變化產(chǎn)生的熱變形、基礎(chǔ)沉降不均等。較高的溫度導(dǎo)致煙機和風(fēng)機的殼體及管線存在熱膨脹，由于設(shè)計或制造上的缺陷常常會導(dǎo)致殼體及管線的熱分布不均勻，而支座貓爪（滑移支座）或?qū)虿酃收弦矔饸んw膨脹受阻，造成殼體變形、移位及承受較大的熱應(yīng)力。因此對于煙機機組而言，熱變形是導(dǎo)致對中狀況惡化的主要原因。

二、采用進行現(xiàn)場動平衡減小轉(zhuǎn)子軸振動

1.現(xiàn)場動平衡技術(shù)介紹

所謂現(xiàn)場動平衡是指旋轉(zhuǎn)機械在現(xiàn)場工作狀態(tài)的條件下，對其進行振動測量分析并進行平衡校正的一種平衡實驗方法?，F(xiàn)場動平衡的優(yōu)點是：不需要拆卸機器、吊出轉(zhuǎn)子，不需要平衡機或?qū)嶒炁_等設(shè)備，可以微量補償轉(zhuǎn)子的腐蝕與磨損。

對于新裝或大修后的轉(zhuǎn)子，雖然基本都在動平衡機上經(jīng)過了高速或低速動平衡，并根據(jù)運行要求達到了一定的精度，但轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場安裝后，由于其支承狀況與動平衡機上的支承狀況不同，或由于一套機組由多個轉(zhuǎn)子前后相連，轉(zhuǎn)子之間的不對中或支承之間的不對中，轉(zhuǎn)子在連成軸系之后由于相互之間的干擾使得其模態(tài)振型發(fā)生變化，從而改變了轉(zhuǎn)子相應(yīng)階模態(tài)不平衡量。因此，現(xiàn)場動平衡就成為機組在安裝后一種重要的減振方法。

機組經(jīng)過一段時間的運行后，會因為回轉(zhuǎn)部件上積垢或部件腐蝕脫落等原因造成機組平衡狀態(tài)發(fā)生變化，但此時可能還沒有到達機組大修周期，將轉(zhuǎn)子吊出在動平衡機上進行動平衡不僅耗時耗力，而且會嚴重影響生產(chǎn)的正常進行，這種情況下實施現(xiàn)場動平衡不僅可以大大縮短停機維修時間,也充分提高了設(shè)備利用率。

對于一些并非轉(zhuǎn)子本身的故障所引起的振動（如支承剛度不足、動靜碰磨、轉(zhuǎn)子臨時熱彎曲等），由于生產(chǎn)現(xiàn)場條件所限，很難治本。對于機組結(jié)構(gòu)設(shè)計上產(chǎn)生的問題，現(xiàn)場甚至無法從根本上解決。例如從振動情況上分析認為故障的原因是由于支承剛度不足，但現(xiàn)場對于如何增強支承剛度往往無從下手。根據(jù)產(chǎn)生振動的基本理論，也可以從減小激振力的角度去消除這些原因所帶來的振動。雖然并沒有完全解決故障問題，但對于現(xiàn)場生產(chǎn)來說，只要能保證機組安全平穩(wěn)運行即可，故障的徹底解決可以放在機組大修的時候進行。

2.現(xiàn)場動平衡解決煙機振動應(yīng)用情況

某公司煙機自2007年9月初起振動逐漸緩慢爬升，至10月中旬前軸承振動超標而停機檢查清理。圖1為機組結(jié)構(gòu)簡圖和傳感器安裝示意圖。

圖1 煙機軸流風(fēng)機風(fēng)機結(jié)構(gòu)示意圖

10月19日晚19:24檢查清理完畢后，開始沖轉(zhuǎn)，起車過程比較平穩(wěn)。轉(zhuǎn)速升至5400r/min左右（接近工作轉(zhuǎn)速）時，后軸承振動過大，1403測點振動峰峰值超過110μ m。前軸承振動相對較小，但1402測點峰峰值也達到了50μ m。由于后軸承1403測點振動過大，無法繼續(xù)升速至工作轉(zhuǎn)速，電機未合閘便停機。

各測點中工頻分量均絕對占優(yōu)，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，工頻分量的幅值和相位均較為穩(wěn)定（由于煙機的轉(zhuǎn)速無法準確穩(wěn)定，其相位在一定范圍內(nèi)有小幅波動可以認為在測量誤差范圍內(nèi)）。圖2為機組在5400r/min附近穩(wěn)定運行一段時間后空載時各測點時域波形與頻譜圖（報告中所列表格中數(shù)據(jù)為振動峰峰值，頻譜圖中顯示為振動峰值）。

圖2 各測點時域波形與頻譜圖

從圖2中可見，各測點振動均以工頻為主，1401、1402測點可見高倍頻分量，但其整體振動較小。其余各測點譜圖比較清晰，工頻分量絕對占優(yōu)。前后軸承原始軸心軌跡如圖3所示。

圖3 煙機支承處前后軸承軸心軌跡

從軸心軌跡上看，前軸承軌跡較為凌亂，軌跡中可見少量的內(nèi)向尖點，同時軌跡橢圓的偏心較大，各向異性明顯，說明前軸承垂直方向的剛度偏弱。后軸承處軸心軌跡重復(fù)性比較好，形狀也比較規(guī)則，振動偏大，后軸承處的工頻軌跡比較接近正圓，但也存在一定的各向異性。圖4為前后軸承對應(yīng)的提純工頻軌跡。

圖4 煙機支承處前后軸承提純工頻軸心軌跡

由上分析可知，煙機前后軸承各測點振動表現(xiàn)比較單一，均是以工頻為主，考慮實施現(xiàn)場動平衡以降低振動。

由于現(xiàn)場條件所限，未進行軸承支承剛度的加強處理，晚23:35實施第一次現(xiàn)場動平衡操作，在煙機與風(fēng)機之間聯(lián)軸節(jié)上靠近煙機側(cè)加試重20.3g∠300°，起車。升速至5400r/min附近時，前軸承振動下降明顯，1402測點峰峰值降到30μ m左右，后軸承振動則變化不明顯，1403仍達到近90μ m，但各個測點的相位均發(fā)生變化，表明所加試重對機組振動已產(chǎn)生影響。由于后軸承振動超標，故打閘停機。從振動信號上來看，振動形式與原始振動基本相同，各測點均為工頻分量為主，其他高倍頻分量相對很小。

根據(jù)原始振動數(shù)據(jù)以及此次加重測得的的空載振動數(shù)據(jù)，分析計算配重結(jié)果為24.5g∠240°。10月20日中午13:11取下試重后添加配重，再次起車。起車后機組振動情況良好，升速至5400r/min左右時，各測點振動均小于40μ m。順利升速至工作轉(zhuǎn)速，各測點振動情況良好，后軸承振動已明顯下降。由于在之前的起車過程中未取得滿載時的振動數(shù)據(jù)，配重未能考慮滿負荷對機組振動的影響，機組在逐漸加載后振動會緩慢上升。隨著負荷的穩(wěn)定，各測點后續(xù)的振動也趨于穩(wěn)定。表1為平衡操作結(jié)束后各測點的振動參數(shù)。

表1 平衡結(jié)束后工作轉(zhuǎn)速下機組各測點振動參數(shù)

相對而言，現(xiàn)場動平衡雖然技術(shù)性要求較高，但現(xiàn)場實施卻較為方便快捷，尤其是對于在缸體外設(shè)有加重面的機組來說，更為簡單，一次加重所需的停盤車時間完全可以控制在1h以內(nèi)。這對于現(xiàn)場檢驗加重響應(yīng)和故障排查，提出進一步整改方案而言，是十分有利的。

當(dāng)然，故障機組是否能實施現(xiàn)場動平衡進行減振，還需要對機組的振動情況進行仔細的分析。在機組的振動峰峰值中工頻分量絕對占優(yōu)，并且各測點信號中各頻率分量幅值、相位基本保持穩(wěn)定的情況下，一般情況下可以考慮實施現(xiàn)場動平衡。某些情況下現(xiàn)場動平衡無法實現(xiàn)預(yù)期的減振目的：（1）轉(zhuǎn)子出現(xiàn)永久性彎曲或轉(zhuǎn)子熱彎曲量較大，這時平衡計算的配重結(jié)果可能非常大以致無法實施；（2）加重面設(shè)置不合理或選擇錯誤，所加重量對減振目標截面影響很?。唬?）故障診斷錯誤等。

三、結(jié)語

由于煙機機組自身的特性導(dǎo)致其故障率較高，因此，煙機的長周期運行問題一直以來都是煉化企業(yè)設(shè)備管理中的難題。隨著相關(guān)技術(shù)的進步，煙機運行中的各類問題使得人們對煙機的認識也越來越深刻，需要企業(yè)不斷摸索符合自身實際情況的經(jīng)驗，相互進行技術(shù)交流，使煙機運行技術(shù)水平能夠有大的提高。

[1] YLII12000B煙機組技術(shù)圖紙[M].

[2]屈梁生.機械故障診斷學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990.

TH113.2

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1671-0711（2016）04-0065-03