管道柔性設(shè)計(jì)對(duì)合成氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)振動(dòng)的影響

張?jiān)?，李迎風(fēng)

（青海東臺(tái)吉乃爾鋰資源股份有限公司；青海 格爾木 816000）

汽輪機(jī)作為空氣壓縮機(jī)的核心組成部分，異常振動(dòng)不僅會(huì)給整個(gè)汽輪機(jī)組帶來(lái)安全隱患，同時(shí)極大程度上降低了空氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)間[1]。

要想有效的解決這一問(wèn)題，需對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)組的主要零部件、工作原理以及易產(chǎn)出異常振動(dòng)的位置進(jìn)一步深入了解并熟悉，然后，逐一排查振動(dòng)源[2]。

1 汽輪機(jī)有關(guān)情況

對(duì)于某廠汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)屬于高壓周期冷凝式蒸汽機(jī)，存在多級(jí)離心泵驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)，該機(jī)組用于化肥中氮裝置，能夠?yàn)榘焙铣伤峁┍匾獨(dú)錃狻⒌獨(dú)?。汽輪機(jī)型號(hào)為5EH-7BD，功率為21 228KW，轉(zhuǎn)速為11 110r/min。進(jìn)汽壓力為（A）10.8Mpa，進(jìn)汽溫度為510℃，抽汽壓力為（A）4.36Mpa，抽汽溫度為398℃，排汽壓力為（A）0.0137Mpa，排汽溫度為52℃。汽輪機(jī)每小時(shí)的耗汽量為265t，每小時(shí)的抽汽量為228.3t。汽輪機(jī)軸振動(dòng)報(bào)警38um，跳車(chē)57um。汽輪機(jī)徑向監(jiān)測(cè)主要是利用汽輪機(jī)兩側(cè)軸的渦流式位移傳感器，能夠?qū)ζ啓C(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的速度，轉(zhuǎn)向進(jìn)行有效測(cè)量。

2 該汽輪機(jī)在試車(chē)中的振動(dòng)情況

在完成機(jī)組安裝調(diào)試之后需要對(duì)氣壓縮機(jī)汽輪機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，在測(cè)試過(guò)程中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定，在升速曲線中使機(jī)組正常運(yùn)行一小時(shí)，將轉(zhuǎn)速提高至每小時(shí)11，600轉(zhuǎn)之后處于恒速運(yùn)行狀態(tài)。運(yùn)行一會(huì)后，突然汽輪機(jī)發(fā)生異常振動(dòng)，并且安裝在汽輪發(fā)電機(jī)兩側(cè)的4個(gè)探頭，其振動(dòng)值在大幅提升，汽輪機(jī)的一端振動(dòng)幅度達(dá)到58微米，另一端為46微米，此時(shí)振動(dòng)異?，F(xiàn)象消失，然而當(dāng)汽輪機(jī)保持勻速運(yùn)行一小時(shí)之后，又會(huì)產(chǎn)生異常劇烈振動(dòng)，并且在汽輪機(jī)兩端其振動(dòng)幅度分別達(dá)到了64微米和68微米，而計(jì)算機(jī)連鎖振動(dòng)設(shè)計(jì)值為57微米，因此計(jì)算機(jī)為首次試車(chē)，可能會(huì)存在連鎖故障問(wèn)題，因此沒(méi)有發(fā)生跳車(chē)事件，最終通過(guò)人工手動(dòng)的方式完成停車(chē)。

3 汽輪機(jī)振動(dòng)原因分析

針對(duì)該機(jī)組的運(yùn)行狀況，相關(guān)技術(shù)人員和汽輪機(jī)設(shè)計(jì)廠家溝通后均認(rèn)為出現(xiàn)異常振動(dòng)主要是由于汽輪機(jī)的零部件與活動(dòng)部件出現(xiàn)碰撞導(dǎo)致的，而導(dǎo)致這些部件碰撞主要是由于以下兩點(diǎn)：一是，可能汽輪機(jī)本身的保溫不好，膨脹不均勻。二是由于汽輪機(jī)在外力作用下，卸體被抬起。

3.1 做好汽輪機(jī)的保溫工作，查找異常癥狀原因

如果汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中保溫不均勻則會(huì)使其在正常運(yùn)行中鋼鐵上下存在較大溫差，膨脹度和變形程度不統(tǒng)一，進(jìn)而會(huì)使汽輪機(jī)部分零部件出現(xiàn)碰撞，根據(jù)汽輪機(jī)不同部件存在的間隙，我們認(rèn)為在轉(zhuǎn)子軸和軸封書(shū)齒密封環(huán)之間，這種碰撞是最先發(fā)生的。對(duì)于某化肥廠來(lái)說(shuō)，由于汽輪機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)，停機(jī)之后對(duì)其保溫情況進(jìn)行優(yōu)化，首先適當(dāng)加強(qiáng)較弱的保溫區(qū)域，同時(shí)在原保溫前提下增加保溫毯，能夠重新較準(zhǔn)。

該機(jī)組連鎖裝置完成上述工作之后，再次開(kāi)展試車(chē)當(dāng)汽輪機(jī)，暖機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)到每分鐘1000轉(zhuǎn)時(shí)，使其恒速保持15分鐘，此時(shí)汽輪機(jī)又出現(xiàn)異常振動(dòng)，并且汽輪機(jī)兩側(cè)振動(dòng)幅度達(dá)到69微米和60微米，由于出現(xiàn)振動(dòng)汽輪機(jī)表現(xiàn)為聯(lián)鎖跳車(chē)，基于這種情況下排除由于保溫不良而導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)的問(wèn)題。

3.2 缸體被抬高導(dǎo)致出現(xiàn)異常振動(dòng)

一般來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)無(wú)論在正常啟動(dòng)，還是運(yùn)行當(dāng)中都應(yīng)保證汽缸的自由膨脹，應(yīng)將貓爪至至于自由活動(dòng)狀態(tài)中，并且確保氣缸中心穩(wěn)定性，一旦超出額定范圍作用力和力矩，當(dāng)其作用于氣缸上會(huì)使氣缸在移動(dòng)過(guò)程中約氣缸螺旋墊圈間隙不統(tǒng)一，貓爪又被頂死，這種狀況下，極有可能使汽輪機(jī)動(dòng)、靜部件相互碰撞，導(dǎo)致汽輪機(jī)異常振動(dòng)。工作人員通過(guò)研究分析，再次進(jìn)行汽輪機(jī)啟動(dòng)，為避免鋼鐵上下由于受熱不均導(dǎo)致異常振動(dòng)，在汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中盡量降低轉(zhuǎn)速，將其速度控制在每分鐘600轉(zhuǎn)，同時(shí)將短期時(shí)間由一小時(shí)延長(zhǎng)為一個(gè)半小時(shí)，在汽輪機(jī)處于正常運(yùn)行情況下對(duì)其機(jī)體鐵膨脹系數(shù)以及貓爪運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速為每分鐘11600轉(zhuǎn)時(shí)，保持恒速37分鐘，此時(shí)汽輪機(jī)又產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，并且汽輪機(jī)兩端振動(dòng)幅值為82微米，76微米，之后出現(xiàn)聯(lián)鎖跳車(chē)。通過(guò)上述分析我們找到了性能機(jī)異常振動(dòng)的原因主要是由于氣缸由于蒸汽管道外矩作用力而導(dǎo)致異常振動(dòng)，表明汽輪機(jī)蒸汽管道在柔性設(shè)計(jì)上還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

4 減振方法及運(yùn)行效果

（1）減少管口推力的理論方法。首先，應(yīng)增加管道的柔性通常管道剛性較大，如果設(shè)計(jì)柔性不足會(huì)從一定程度上導(dǎo)致汽輪機(jī)管口的推力較大，因此可適當(dāng)增加管道柔性法的方式進(jìn)行解決，在布置管道時(shí)應(yīng)當(dāng)使其達(dá)到管道熱脹冷縮過(guò)程中的自補(bǔ)償效應(yīng)，通常管道布置有兩種方法：首先在遠(yuǎn)離端點(diǎn)集合中心進(jìn)行管系布置，確保布置管系能夠遠(yuǎn)離端點(diǎn)中心，這種情況下柔性是比較好的。其次可以適當(dāng)增加管系的彎管數(shù)，兩種方法均可以有效降低汽輪機(jī)管口的推力。此外管道冷緊導(dǎo)致管道冷緊時(shí)提前切去管道一段，或加長(zhǎng)一段后再安裝時(shí)，將其強(qiáng)拉就位，由于施加冷緊之后會(huì)導(dǎo)致法蘭不對(duì)等，此外合理進(jìn)行支吊架配置自選型，選擇合適的支吊架方式，并且在管系位置加裝吊架，用該方法能夠限定管系和力矩的分布情況，進(jìn)而有效降低汽輪機(jī)端口的推力。

（2）運(yùn)行效果。在上述降低管口推力措施后，重新啟動(dòng)汽輪機(jī)，在試車(chē)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)當(dāng)確保貓爪處于自由活動(dòng)狀態(tài)，觀察蒸汽管道熱膨脹時(shí)的指數(shù)以及汽缸膨脹顯示受熱均勻，而且試車(chē)中未出現(xiàn)跳車(chē)現(xiàn)象，也未發(fā)生異常振動(dòng)，進(jìn)一步說(shuō)明蒸汽管道對(duì)氣缸過(guò)大推力已經(jīng)基本消失，能夠確保汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速處于一定范圍，結(jié)試車(chē)果較為理想。

5 小結(jié)

汽輪機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)是相對(duì)復(fù)雜的故障問(wèn)題，導(dǎo)致出現(xiàn)振動(dòng)原因較多，因此在振動(dòng)源排查過(guò)程中需要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)于可能導(dǎo)致的振動(dòng)原因進(jìn)行逐一排查，直到找到根源為止，有效消除異常振動(dòng)。