合成循環(huán)氣壓縮機(jī)蒸汽輪機(jī)振動(dòng)分析及處理

，

(1.濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng) 457004 ; 2.河南長(zhǎng)興建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 濮陽(yáng) 457000)

?

合成循環(huán)氣壓縮機(jī)蒸汽輪機(jī)振動(dòng)分析及處理

高明亮1，王志云2

(1.濮陽(yáng)永金化工有限公司，河南 濮陽(yáng) 457004 ; 2.河南長(zhǎng)興建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，河南 濮陽(yáng) 457000)

汽輪機(jī)組是化工裝置的核心設(shè)備，振動(dòng)也是其主要故障，文章分析了乙二醇裝置合成循環(huán)氣壓縮機(jī)振動(dòng)的原因及特征，采取了處理措施。

合成循環(huán)氣壓縮機(jī) ； 蒸汽輪機(jī) ； 汽流激振 ； 故障

0 前言

某廠年產(chǎn)20萬(wàn)t乙二醇裝置合成循環(huán)氣壓縮機(jī)采用沈鼓DMCL804離心式壓縮機(jī)，其驅(qū)動(dòng)機(jī)采用杭州中能HS5313背壓沖動(dòng)式蒸汽輪機(jī)，其主要性能參數(shù)見(jiàn)表1。兩端的徑向軸承采用二油楔軸承，每個(gè)徑向軸承裝有互成90°的兩個(gè)本特利3 300振動(dòng)探頭?？刂蒲b置采用SKZ-01-CM-10速關(guān)控制器，調(diào)節(jié)閥采用雙閥桿結(jié)構(gòu)，有4個(gè)閥頭。轉(zhuǎn)子采用整鍛轉(zhuǎn)子，材料為優(yōu)質(zhì)鉻鉬釩鋼，有1個(gè)雙列調(diào)節(jié)級(jí)和4個(gè)壓力級(jí)。一階臨界轉(zhuǎn)速4 240 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速7 967 r/min，轉(zhuǎn)子質(zhì)量1 820 kg，潤(rùn)滑油采用46號(hào)L-TSA汽輪機(jī)油。

表1 蒸汽輪機(jī)主要性能參數(shù)

1 問(wèn)題的產(chǎn)生

機(jī)組開(kāi)車運(yùn)行兩年，調(diào)速機(jī)構(gòu)運(yùn)行正常，前軸承via163和后軸承via165振動(dòng)由28 μm左右上升至38 μm。通過(guò)頻譜分析，發(fā)現(xiàn)主要出現(xiàn)一倍頻和半倍頻幅值，判斷轉(zhuǎn)子本身出現(xiàn)一定變化，動(dòng)平衡受到破壞，同時(shí)軸承出現(xiàn)磨損。停機(jī)后出現(xiàn)了異常的振動(dòng)升高，解體后該轉(zhuǎn)子在DH50動(dòng)平衡機(jī)上做高速動(dòng)平衡，在第一級(jí)葉輪修正面處增加了80 g配重，兩端軸承處達(dá)到了小于1.12 mm/s的平衡精度要求。檢查軸承巴氏合金有一定程度的磨損，軸承間隙超標(biāo)，經(jīng)調(diào)整后回裝。

1.1第一次單試汽輪機(jī)情況

啟動(dòng)后進(jìn)入1 200 r/min暖機(jī)，前軸承via163振值28 μm左右，后軸承via165振值16 μm左右，45 min后進(jìn)入1 800 r/min暖機(jī)，前后軸承振值基本穩(wěn)定。暖機(jī)40 min后，前后軸承振動(dòng)值均出現(xiàn)上升，其中前軸承via163達(dá)到44 μm，降低暖機(jī)轉(zhuǎn)速至1 400 r/min后，前后軸承振值下降。10 min后，前后軸承振動(dòng)值又出現(xiàn)上升，此時(shí)轉(zhuǎn)速1 600 r/min，后軸承振動(dòng)達(dá)到74 μm，降低轉(zhuǎn)速后振動(dòng)值又顯著下降，振動(dòng)趨勢(shì)比轉(zhuǎn)速信號(hào)滯后，此時(shí)判斷機(jī)組不能連續(xù)運(yùn)行，停機(jī)。

停機(jī)后，高壓蒸汽調(diào)節(jié)閥不回復(fù)零位，出現(xiàn)卡澀現(xiàn)象，調(diào)節(jié)閥靜態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。

1.2檢修處理及第二次單試汽輪機(jī)情況

復(fù)查檢修資料，轉(zhuǎn)子在檢修期間檢查轉(zhuǎn)子跳動(dòng)0.05 mm，符合要求，同時(shí)做動(dòng)平衡合格，基本排除轉(zhuǎn)子不平衡的可能；復(fù)查前后軸承的檢修資料，前后軸承的瓦量和瓦背緊力符合要求，巴氏合金進(jìn)行的刮研也符合要求，各個(gè)汽封間隙及轉(zhuǎn)子在缸體中心的情況也符合要求。準(zhǔn)備再次試機(jī)，在試機(jī)前采取以下措施：①針對(duì)停車時(shí)調(diào)節(jié)閥靜態(tài)數(shù)據(jù)偏差問(wèn)題，對(duì)調(diào)節(jié)閥閥桿和填料進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)閥桿有一定程度磨損，對(duì)閥桿和填料處理后靜態(tài)調(diào)試合格。②由于該次是大修后首次啟動(dòng)機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題，本次全面排查了蒸汽系統(tǒng)及缸體導(dǎo)淋系統(tǒng)，排除缸體導(dǎo)淋排水不暢導(dǎo)致水擊的問(wèn)題。③由于滑銷系統(tǒng)僅有前端缸體軸向膨脹的監(jiān)測(cè)，在開(kāi)機(jī)前對(duì)缸體前后各架四個(gè)百分表，觀察缸體橫向膨脹位移情況。④為更準(zhǔn)確分析判斷原因，使用分析儀直接從本特利3300表架上采集振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)分析評(píng)價(jià)，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為相應(yīng)的國(guó)家振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)等同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

啟動(dòng)前嚴(yán)格控制缸體上下部的溫差范圍80～100 ℃，同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)暖機(jī)的時(shí)間，機(jī)組在轉(zhuǎn)速為1 800 r/min暖機(jī)，經(jīng)過(guò)暖機(jī)前軸承via163振值由29 μm降至25 μm。通過(guò)頻譜分析，主要是工頻，但也有部分半頻的分量。機(jī)組過(guò)臨界后，蒸汽調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)信號(hào)vsic151出現(xiàn)波動(dòng)，蒸汽流量也出現(xiàn)波動(dòng)，轉(zhuǎn)速達(dá)到5 220 r/min后，后軸承via165達(dá)到71.7 μm，前軸承via163最高達(dá)到57 μm，頻譜分析出現(xiàn)豐富的頻譜特征，同時(shí)波動(dòng)也很大，既有工頻成分，也有2、3、4倍頻及高頻成分，同時(shí)低頻成分超過(guò)工頻幅值。檢查汽機(jī)橫向膨脹比較均勻，四個(gè)百分表誤差在0.2 mm以內(nèi)。降低轉(zhuǎn)速至4 800 r/min，振動(dòng)值出現(xiàn)下降，10 min后又出現(xiàn)大幅度波動(dòng)上升，機(jī)組上缸有異常響聲，機(jī)組停機(jī)，蒸汽調(diào)節(jié)閥未有效關(guān)閉，關(guān)閉主蒸汽大閥后機(jī)組轉(zhuǎn)速降至零。

2 原因分析

汽輪機(jī)作為一種大型機(jī)械設(shè)備，其組成部件數(shù)量較多，各部件之間的聯(lián)系也較復(fù)雜，與本次異常振動(dòng)相關(guān)的有以下原因。

2.1機(jī)組動(dòng)靜碰磨

機(jī)組發(fā)生碰磨時(shí)，振動(dòng)時(shí)域波形發(fā)生畸變，出現(xiàn)削波現(xiàn)象，同時(shí)在振動(dòng)信號(hào)中有異常信號(hào)。同時(shí)碰磨有豐富的頻譜特征，既有工頻成分，也有2、3、4倍及高頻成分，也有半頻及固定頻率等低頻成分。

2.2汽流激振

汽流激振力通常來(lái)自以下幾個(gè)方面：①葉頂間隙激振力。汽輪機(jī)葉輪在偏心位置時(shí)，由于葉頂間隙沿圓周方向不同，蒸汽在不同間隙位置處的泄漏量不均勻，使得作用在葉輪沿圓周向的切向力不相等，就會(huì)產(chǎn)生作用于葉輪中心的橫向力，也稱為間隙激振力。②汽封汽流激振力。由于轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)偏心，引起軸封和隔板汽封腔中沿周向蒸汽壓力分布不均勻，產(chǎn)生一個(gè)垂直于轉(zhuǎn)子偏移方向的合力，使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)趨于不穩(wěn)定。③作用于轉(zhuǎn)子上的蒸汽力。由于缸體進(jìn)汽方式的影響，高壓蒸汽產(chǎn)生一個(gè)作用于轉(zhuǎn)子的蒸汽力，造成轉(zhuǎn)子流通部分間隙的變化。此蒸汽力的大小和方向受各噴嘴開(kāi)啟順序、開(kāi)度所影響。汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)級(jí)由于承受噴嘴噴出的高溫高壓蒸汽，該處的蒸汽溫度、壓力、速度和密度最大。該處是部分進(jìn)汽，且在不同工況各噴嘴的汽流流量不同，該級(jí)的汽流激振力是引起汽輪機(jī)振動(dòng)的重要因素。不同工況汽門(mén)噴嘴開(kāi)啟情況不同，本機(jī)有4個(gè)噴嘴，在均勻進(jìn)汽的情況力激振力較小，在進(jìn)汽不對(duì)稱且不均勻的情況下，激振力的大小和方向變化劇烈，容易引起振動(dòng)。

汽流激振對(duì)負(fù)荷比較敏感，發(fā)生在高壓轉(zhuǎn)子或高中壓轉(zhuǎn)子上。產(chǎn)生的低頻振動(dòng)以接近0.5倍頻分量為主，嚴(yán)重時(shí)與轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速相吻合。

根據(jù)振動(dòng)的特征，判斷由于調(diào)節(jié)蒸汽分配造成的汽流激振，在低速情況下對(duì)轉(zhuǎn)子影響不大，但在過(guò)臨界之后，激振力突然增大，機(jī)組處于失穩(wěn)狀態(tài)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子碰磨，加劇了機(jī)組振動(dòng)。

3 檢修處理

解體機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥后，4號(hào)噴嘴閥頭脫落，閥蝶螺紋損壞，該閥頭由螺紋固定在閥蝶螺栓上，同時(shí)用銷釘鉚牢，由于該閥頭處于蒸汽進(jìn)口，受到?jīng)_擊較大，由于長(zhǎng)期運(yùn)行銷釘松動(dòng)脫落，該閥頭從閥蝶螺栓上松脫。汽閥配置示意圖如圖1所示。

圖1 汽閥配置示意圖

由圖1得知，查機(jī)組資料得知該汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥共有4個(gè)閥頭，其中1號(hào)閥頭閥徑50 mm，2號(hào)閥頭閥徑56 mm，3號(hào)閥頭閥徑56 mm，4號(hào)閥頭閥徑45 mm。1號(hào)閥頭升程3 mm(即調(diào)節(jié)閥行程達(dá)到3 mm時(shí)該閥頭開(kāi)始動(dòng)作，以下同理)；2號(hào)閥頭升程12 mm；3號(hào)閥頭升程18 mm；4號(hào)閥頭升程23.5 mm。隨著負(fù)荷的增加，閥頭順序打開(kāi)，在汽輪機(jī)單試過(guò)程中，由于負(fù)荷較小，根據(jù)汽閥配置圖我們得知僅有1號(hào)閥頭打開(kāi)，而4號(hào)閥頭脫落失效，導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)配汽嚴(yán)重不平衡，隨著轉(zhuǎn)速的提高，輪室內(nèi)的壓力升高，不平衡力矩越來(lái)越大，轉(zhuǎn)子失穩(wěn)，出現(xiàn)了動(dòng)靜摩擦，加劇了機(jī)組的振動(dòng)。

對(duì)閥頭和閥蝶螺栓更換新件，并將閥頭與固定銷用氬弧焊點(diǎn)死，同時(shí)將其它三個(gè)閥頭與固定銷點(diǎn)焊處理，消除了隱患。

由于開(kāi)車進(jìn)度原因，檢修后開(kāi)車直接帶壓縮機(jī)啟動(dòng)，暖機(jī)時(shí)前軸承via163和后軸承via165振值均在15 μm左右，過(guò)臨界后各軸承振值在20～24 μm，機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行區(qū)后，各軸承振值在23～29 μm，檢修效果較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，不僅要承受汽流的作用力和由葉片、葉輪本身離心力所引起的應(yīng)力，而且承受著由溫度差所引起的熱應(yīng)力等多種作用力，因此汽輪機(jī)的振動(dòng)在所難免。要獲得正確的振動(dòng)故障診斷，要認(rèn)識(shí)機(jī)組的振動(dòng)特征規(guī)律，收集振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行仔細(xì)的分析和推理，才能對(duì)汽輪機(jī)振動(dòng)故障作出準(zhǔn)確的判斷。

2017-04-10

高明亮(1975-)，男，高級(jí)工程師，從事化工設(shè)備方面管理工作，電話：13721728230。

TQ050.7

：B

：1003-3467(2017)07-0037-02