煙機振動異常的原因分析及診斷

潘高峰

（大慶煉化公司設備監測中心，黑龍江 大慶 163411）

一、簡介

大慶煉化公司兩套催化裝置三機組K10101由煙機、軸流壓縮機、增速箱和電機組成，擔負著向催化劑再生器提供燒焦用風的任務，同時采用電動—發電機發電以實現能量的回收。它是二套催化裝置的核心設備，煙氣輪機型號YLⅡ-10000K，轉速5 800r/min，功率11 054kW，入口溫度650℃，出口溫度471℃，入口壓力0.20MPa，出口壓力0.106MPa，流量142 200m3/h。煙機和軸流壓縮機采用膜片聯軸器聯接，其測點布置見圖1。

二、振動分析及診斷

1.振動波動現象和特征

2008年7月20日，煙機檢修后啟機運行，機組振動平穩良好。該機組正常運行到9月26日4時23分33秒時，煙機前后軸承、風機前后軸承的振動開始波動，緩慢上升，到4時24分30秒時，煙機后軸承X1803A/B、風機后軸承X1805A/B的振動突增，在24分33秒時，煙機后軸承X1803B、風機后軸承X180B振動分別達到48μm、74μm，之后振動下降，在24分51秒時，振動急劇下降，在28分33秒時，各點振動幅值基本恢復正常，趨勢圖見圖2。

振動波動過程中的特征見圖3~圖7，從特征圖中看出，異常波動時：一倍頻幅值和相位發生改變；煙機后振X1803A/B、風機后振X1805A/B的二倍頻振動幅值顯著增大；煙機后振動X1803A/B的一倍頻軌跡為反進動；煙機、風機位移值變化后，恢復正常值。

2.振動波動原因分析及診斷

從煙機、風機的振動波動現象及特征分析看，波動時以二倍頻變化為主，同時工頻的幅值和相位發生變化，軌跡為反進動。應用反向推理方法，結合煙機常見的動靜碰摩、不平衡、殼體變形、不對中等故障，二倍頻變化有以下幾種情況：轉子裂紋、部件松動、聯軸器不對中或對中改變。但按照振動機理分析：（1）轉子有裂紋時，振動帶有非線性性質，出現轉頻的二倍頻、三倍頻等高倍分量，隨裂紋擴展，剛度進一步下降，一倍頻、二倍頻等頻率幅值隨之增大，同時一倍頻、二倍頻相位角異常波動。 （2）部件松動包括軸承在軸承座中松動和固定在軸上的零部件松動，將始終保持一倍頻和二倍頻頻率的振動，且極不穩定。（3） 聯軸器不對中，由不對中引起的振動主要特點：①聯軸器兩側軸承振動大；②表現在軸向振動大；③特征頻率為二倍頻，同時常伴有一倍頻和三倍頻等倍頻。煙機和風機間的膜片聯軸器發生平行不對中或角度不對中，隨著不對中量的增大，頻譜中工頻成分的幅值變化不大，而二倍頻幅值增加最為明顯。

由上述分析知，機組存在摩擦和聯軸器對中狀態變化故障。但從振動異常波動后，二倍頻幅值和位移恢復原值的現象，可排除聯軸器本身出現故障，原因為煙機首先發生動靜摩擦，影響聯軸器受力，使聯軸器對中狀態變化。

振動幅值異常波動后，只是一倍頻的幅值和相位有變化，即動平衡狀態改變外，其他異常狀態能完全恢復，分析認為碰摩為外物進入煙機，隨機造成摩擦所致，所以繼續觀察機組運行。運行至10月13日19時14分，機組振動再次出現波動（圖8），波動持續40min。為防止機組出現重大事故，煙機決定停機解體，檢查發現聯軸器在煙機側的一組受拉膜片全部斷裂，一動葉片根部鎖緊銷釘從榫槽中脫出，靜葉輪盤上部有3cm長周向摩擦痕跡。

煙機為單級懸臂結構（圖9），轉子由前軸承1號瓦、后軸承2號瓦支撐，1號瓦負載重，2號瓦負載輕。煙機轉子運轉過程中，與輪盤發生周期性碰摩，其速度總是在一個旋轉周期里發生一次“快—慢—快”的變化，即轉子每轉一周，發生一次摩擦，導致轉子旋轉速度也是每轉一周發生一次周期性變化。摩擦位置在葉片根部的靜葉輪盤處，該處摩擦力的作用相當于附加了一個垂直于摩擦面的分力，這將會導致轉子以1號瓦為支點發生旋轉，使煙機轉子軸線與幾何中心軸線產生一定的夾角，進而導致轉子在2號瓦處發生錐形擾動，產生角不對中現象，從而出現二倍頻振動，以致2號瓦振動幅值過大，二倍頻幅值隨碰摩程度的變化而變化。

另外，在每次碰摩時，膜片聯軸器受到峰值扭矩作用，使受拉膜片承擔的扭矩增大，所受拉力增大，拉伸應力增大。同時，由于軸線偏斜產生偏心彎矩，使膜片產生彎曲應力。而且軸每轉一周，拉伸應力和彎曲應力循環交變一次，膜片疲勞損壞，由于承載膜片數逐步減少及受力不均勻，整組膜片逐漸被拉斷，在短期內失效，振動波動頻率加大，時間加長。

三、結論

在本案例中，由于有軸向摩擦和聯軸器失效等多種故障，同時振動現象與故障特征并不完全相符，為診斷帶來一定難度。雖然解體檢查，驗證了摩擦故障，但實際情況為煙機動葉鎖緊銷釘軸向竄出，與靜葉輪盤接觸所致，非外物進入煙機。所以在進行故障診斷時，應考慮所有可能的情況，才能做出正確的診斷。

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