高爐透平機(jī)振動(dòng)異常故障判斷及處理

伍海明

摘 要：廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司煉鐵廠2號(hào)高爐配1套高爐TRT發(fā)電機(jī)組，主要利用高爐煤氣所具有的壓力能和熱能，通過(guò)透平膨脹做功，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，進(jìn)行能量回收利用的一種節(jié)能裝置，很大程度解決了冶金行業(yè)的用電自給問(wèn)題。一旦透平機(jī)機(jī)組不能正常運(yùn)行，將導(dǎo)致高爐煤氣余壓無(wú)法實(shí)現(xiàn)動(dòng)能轉(zhuǎn)化，公司將每天損失5萬(wàn)元電費(fèi)。以廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司煉鐵廠2號(hào)高爐TRT透平機(jī)故障為例，著重介紹燃?xì)鉁u輪機(jī)故障診斷、故障排查及原因分析、振動(dòng)頻譜分析等，分析透平機(jī)振動(dòng)異常原因，采取相應(yīng)措施取得了良好效果，為同類(lèi)問(wèn)題的處理提供了分析思路。

關(guān)鍵詞：透平膨脹機(jī)；振動(dòng)；故障；分析思路

DIAGNOSIS AND HANDLING OF ABNORMAL VIBRATION FAULTS IN BLAST FURNACE TURBINES

Wu Haiming

（Iron Making Plant of Guangxi Liugang Zhongjin Stainless Steel Co.， Ltd.? ? Yulin? ? 537624， China）

Abstract：Guangxi Liugang Zhongjin Stainless Steel Co.， Ltd.'s Blast Furnace No. 2 Ironmaking Plant is equipped with a set of TRT generators for the furnace， which mainly uses the pressure and heat energy of the blast furnace gas to generate electricity through turbine expansion and drive the generator to achieve energy recovery. This is an energy-saving device that largely solves the problem of power self-sufficiency in the metallurgical industry. Once the turbine unit fails to operate properly， the excess pressure of the blast furnace gas cannot be converted into kinetic energy， and the company will lose 50 000 yuan in electricity bills every day. This article focuses on the diagnosis of gas turbine faults， troubleshooting and root cause analysis， vibration spectrum analysis， and other related topics. Using the example of the TRT turbine failure in the No. 2 blast furnace of Guangxi Liugang Zhongjin Stainless Steel Co.， Ltd.'s ironmaking plant， the article analyzes the cause of abnormal turbine vibration and takes appropriate measures to achieve good results， providing analysis ideas for similar problems.

Key words： turbine;vibration;fault;analysis ideas

0? ? 引? ? 言

現(xiàn)階段，信息化技術(shù)在冶金行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣，設(shè)備信息化監(jiān)測(cè)也越來(lái)越成熟。對(duì)透平膨脹機(jī)組進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可以提前預(yù)知設(shè)備的工作狀態(tài)以及故障的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)保證企業(yè)的安全生產(chǎn)有重大意義。振動(dòng)診斷是有效判別機(jī)械設(shè)備不平衡、不對(duì)中、基礎(chǔ)松動(dòng)、湍流、喘振、轉(zhuǎn)子偏心、軸承故障、聯(lián)軸器異常等故障的設(shè)備診斷工作中最常用的手段之一。相比其他非破壞性分析檢測(cè)訊號(hào)（如電壓、電流、溫度、壓力等），振動(dòng)訊號(hào)是一種能提供豐富信息的訊號(hào)。對(duì)于一套完整的預(yù)知維護(hù)系統(tǒng)而言，要覆蓋所有的信號(hào)分析檢測(cè)技術(shù)，而震動(dòng)分析檢測(cè)技術(shù)就是預(yù)知維護(hù)系統(tǒng)的根本所在。

廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司煉鐵廠2號(hào)高爐透平膨脹機(jī)，型號(hào)規(guī)格為MPG90，透平膨脹機(jī)徑向振動(dòng)值多次瞬間升高后達(dá)到設(shè)定值150 um，造成跳機(jī)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本。

1? ? 燃?xì)鉁u輪機(jī)故障診斷（頻譜里蘊(yùn)含機(jī)器故障信息）

1.1? ? 轉(zhuǎn)子不平衡（葉片磨損或結(jié)垢、軸彎曲）

使用位移信號(hào)來(lái)進(jìn)行普通的頻譜分析，如果能夠看到很高的1X波峰，那么就是出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不平衡。

由于葉片破裂、翹曲或點(diǎn)蝕等引起結(jié)構(gòu)改變，通常會(huì)在葉片通過(guò)頻率（渦輪葉片數(shù)X軸轉(zhuǎn)速）處出現(xiàn)一個(gè)很強(qiáng)的波峰，會(huì)導(dǎo)致頻譜上葉片通過(guò)頻率處的振幅顯著升高。

轉(zhuǎn)子磨損不一致，或者轉(zhuǎn)子發(fā)生部分損壞，如葉片損壞等，則葉片通過(guò)頻率將被軸的轉(zhuǎn)速所調(diào)制，并在頻譜中形成邊頻帶。

1.2? ? 聯(lián)軸器不對(duì)中

轉(zhuǎn)子軸線角度不對(duì)中使得兩軸彎曲受力，導(dǎo)致兩端軸承的軸向上產(chǎn)生很強(qiáng)的1X振動(dòng)和較弱2X振動(dòng)，并且通常還會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的3X波峰?？梢钥闯?X、2X和3X波峰的重要性，因此準(zhǔn)確測(cè)定出機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)速度非常重要。

轉(zhuǎn)子不同軸導(dǎo)致兩端軸承的徑向（垂直和水平方向）上都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的2X和1X振動(dòng)，大多數(shù)情況下2X的振幅要高于1X振幅。但與不平衡不同，二者的振幅不一定會(huì)相等。實(shí)際上，其中一個(gè)的幅值可能是另一個(gè)的兩倍以上。

1.3? ? 松動(dòng)造成振動(dòng)

1.3.1? ? 旋轉(zhuǎn)松動(dòng)

滑動(dòng)軸承間隙過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生如下所示的0.5諧波。這通常被稱(chēng)為半階分量或次諧波。摩擦和嚴(yán)重的沖擊都會(huì)產(chǎn)生這樣的諧波。甚至有時(shí)還可能會(huì)產(chǎn)生1/3階的諧波。

1.3.2? ? 結(jié)構(gòu)松動(dòng)

如果水平方向上的1X基頻振動(dòng)遠(yuǎn)大于垂直方向上的1X振動(dòng)，那么就可以懷疑是松動(dòng)引起的故障。如果水平方向上的1X振動(dòng)小于或近似等于垂直方向上的1X振動(dòng)，那么就很有可能是不平衡故障[1]。

1.3.3? ? 軸承座松動(dòng)

頻譜中有1 X、2 X和3 X的振動(dòng)分量（但通常沒(méi)有更多的諧波），當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，頻譜中甚至還會(huì)出現(xiàn)0.5 X的波峰[2]。

2? ? 故障排查和原因分析

2.1? ? 故障經(jīng)過(guò)與數(shù)據(jù)分析

煤氣透平機(jī)5月8日振動(dòng)開(kāi)始波動(dòng)，透平進(jìn)氣側(cè)VT2011X停機(jī)前從86 μm突然跳升到95 μm并達(dá)到新平衡，表現(xiàn)為小幅度突變。23點(diǎn)35分再次爬升到 130 μm并達(dá)到新平衡，表現(xiàn)為大幅度突變。23點(diǎn)45分爬升到 150 μm聯(lián)鎖值，造成跳機(jī)。

此過(guò)程中，高爐透平膨脹機(jī)頻譜監(jiān)測(cè)主要以1X倍頻為主導(dǎo)，軸承兩端相位相差179.3 °，兩支承處同方向振動(dòng)相位差接近。結(jié)合燃?xì)鉁u輪機(jī)頻譜分析可判定為主軸動(dòng)不平衡。

透平機(jī)主軸動(dòng)不平衡原因分析與措施見(jiàn)表4。

2.3? ? 推理判斷

結(jié)合高爐透平膨脹機(jī)頻譜分析與時(shí)域波形圖可以判定，透平機(jī)主軸動(dòng)不平衡且存在主軸矢量突然變化，造成時(shí)透平兩側(cè)振動(dòng)值（VT2011X、VT2011Y、VT2012X、VT2011Y）同步突變?cè)黾樱袛酁槿~片上爐灰突然部分脫落透平機(jī)主軸動(dòng)不平衡。

2.4? ? 結(jié)垢對(duì)比

透平機(jī)開(kāi)箱后發(fā)現(xiàn)透平機(jī)裝置主軸葉輪 、二級(jí)動(dòng)葉片以及進(jìn)、出口管道等部位形成厚度不一層狀結(jié)垢現(xiàn)象 （如圖13a） 。

經(jīng)維修人員對(duì)主軸葉輪、動(dòng)葉片、靜葉片結(jié)垢進(jìn)行高壓水清除后（如圖13b），檢查主軸葉片未發(fā)現(xiàn)葉片有刮痕和磨損現(xiàn)象。

2.5? ? 反向論證

若透平機(jī)動(dòng)葉片均勻結(jié)垢后在某時(shí)段單一或多塊結(jié)垢脫落→透平機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)矢量分布不均→透平機(jī)主軸動(dòng)不平衡（頻譜特征：1X占主導(dǎo)）→透平機(jī)主軸時(shí)域波形突變后形成新的振動(dòng)值并保持穩(wěn)定（結(jié)垢二次脫落時(shí)，透平機(jī)主軸時(shí)域波形突變導(dǎo)致透平機(jī)振動(dòng)值超150 μm聯(lián)鎖值造成跳機(jī)），因此二級(jí)動(dòng)葉片結(jié)垢是本次透平機(jī)故障主要原因。

2.6? ? 聯(lián)軸器對(duì)中數(shù)據(jù)

為進(jìn)一步消除其它條件因素影響，我們對(duì)透平機(jī)聯(lián)軸器進(jìn)行重新對(duì)中，數(shù)據(jù)如圖14所示。

通過(guò)維護(hù)保養(yǎng)后，透平機(jī)恢復(fù)正常使用，因此提醒我們要緊抓煤氣結(jié)垢主要原因，從高爐原料上解決透平機(jī)結(jié)垢根源問(wèn)題。

3? ? 結(jié)? ? 論

通過(guò)頻譜分析掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判斷故障部位和原因，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，能夠在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中或基本不拆卸的情況下進(jìn)行分析，識(shí)別有無(wú)故障，明確故障嚴(yán)重程度并作出故障趨勢(shì)分析，這將為同類(lèi)設(shè)備檢修打好基礎(chǔ)，有效避免設(shè)備故障擴(kuò)大化，確保公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

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