二氧化碳?jí)嚎s機(jī)高壓缸軸振原因分析及對(duì)策

李亞軍，尤文卿，劉君有

(1.西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065；2.塔里木油田公司石化分公司，新疆 庫爾勒 841000)

1.前言

中國石油塔里木石化分公司熔融尿素裝置，二氧化碳?jí)嚎s機(jī)組由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，壓縮機(jī)高、低壓缸由齒輪變速箱連接，汽輪機(jī)型號(hào)為SAC1-8，壓縮機(jī)高低壓缸型號(hào)為2MCL606、2BCL306/A，高壓缸轉(zhuǎn)速13 000r/min,安裝有BH5000在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.高壓缸振動(dòng)異常現(xiàn)象

從2012年9月2日至10月10日，高壓缸齒輪箱側(cè)軸振動(dòng)(測點(diǎn)為9H、9V)持續(xù)上升，最高達(dá)到40μm，上升量10μm。非驅(qū)動(dòng)側(cè)軸振動(dòng)(測點(diǎn)10H、10V)也輕微上漲，幅度較小。

3.原因分析

透平壓縮機(jī)組常見振動(dòng)故障有不平衡、不對(duì)中、軸彎曲、軸裂紋、斷軸、斷葉片、葉輪破裂、油膜渦動(dòng)和油膜振蕩、摩擦、旋轉(zhuǎn)脫離、喘振、靜電腐蝕等。

通過狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集了9H、9V測點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)，其幅值、頻譜、相位、如圖2、3所示。從圖中可知：(1)其近似正弦波，較規(guī)整，無明顯沖擊信號(hào)；(2)頻譜以1X為主，振值上升過程中，1X是主變因素；(3)1X相位在振值上升過程中，有十幾度的下行變化；測點(diǎn)9水平和垂直相位差約100°(9H，188°；9V，288°)，接近90°。

結(jié)合檢測結(jié)果分析如下：

(1)因振動(dòng)上升過程中，1X的分量起絕對(duì)主導(dǎo)作用，因此可排除不對(duì)中、油膜渦動(dòng)和油膜振蕩；(2)從全譜圖來看，測點(diǎn)9的進(jìn)動(dòng)方向未發(fā)生變化，可判斷測點(diǎn)9振值上升的一次原因非摩擦導(dǎo)致；(3)因1X以下成分較少，可排除流道堵塞導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)脫離；(4)因單邊振動(dòng)，且測點(diǎn)9是整個(gè)軸系上軸頸與軸瓦徑向間隙最小的位置，疑靜電腐蝕導(dǎo)致。

對(duì)于凝氣式汽輪機(jī)，當(dāng)大量小水滴經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的葉片時(shí)，會(huì)在葉片上產(chǎn)生靜電聚集，該靜電需通過安裝在汽輪機(jī)低壓側(cè)的靜電刷及接地線導(dǎo)入大地，否則靜電越聚越多，轉(zhuǎn)子與大地之間的電勢也會(huì)越來越大，可能擊穿軸瓦與軸頸之間的油膜，產(chǎn)生火花放電，從而使得軸瓦和軸頸表面有大量的電擊坑。而且這現(xiàn)象在油膜厚度最小也就是軸承徑向間隙最小的部位優(yōu)先發(fā)生，使得機(jī)組表現(xiàn)出單邊振動(dòng)的現(xiàn)象。檢查現(xiàn)場，電刷及接地線工作狀態(tài)良好，用于測量振動(dòng)的電渦流傳感器的直流量在振動(dòng)上升的過程中變化不明顯，根據(jù)軸心軌跡的變化判斷軸瓦未磨損，因此可以斷定非靜電腐蝕導(dǎo)致。初步判斷，高壓缸轉(zhuǎn)子振動(dòng)上升原因是轉(zhuǎn)子本身漸變性不平衡所導(dǎo)致。

轉(zhuǎn)子的漸變性動(dòng)平衡被破壞的原因分析如下：壓縮機(jī)介質(zhì)為二氧化碳，如果介質(zhì)中混入水就會(huì)生成碳酸，中冷器微漏與段間氣液分離器效果不佳，都會(huì)造成介質(zhì)中混入水，屬于帶液腐蝕導(dǎo)致。

4.結(jié)論驗(yàn)證

2013年1月1日，對(duì)高壓缸進(jìn)行檢修，轉(zhuǎn)子吊出后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸上三段入口處損壞嚴(yán)重，印證了狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷分析的結(jié)論。且外缸內(nèi)表面、葉輪流道內(nèi)、軸封處等多處有腐蝕痕跡，說明三段入口氣體帶液嚴(yán)重。對(duì)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表進(jìn)行計(jì)算分析：一段入口氣體中蒸汽體積組分為5.27%(蒸汽為臨界飽和狀態(tài))，二段入口氣體中蒸汽體積組分為1.31%，三段入口為0.37%，經(jīng)計(jì)算可得，若二段出口冷卻器的氣體溫度控制在40℃，三段入口分離器應(yīng)具有356kg/h水的分離能力，如該分離器分離原件故障或設(shè)計(jì)不當(dāng)，氣體將會(huì)帶液。此外，三段入口設(shè)計(jì)溫度為40℃，實(shí)際為28℃，這樣每小時(shí)將多冷凝68kg的水，三段入口分離器將不具備這樣的分離能力。

5.采取的措施

(1)對(duì)三段入口氣液分離器重新設(shè)計(jì)制造安裝，保證了其有足夠的分離能力，確保進(jìn)壓縮機(jī)高壓缸的二氧化碳中不含液態(tài)水。

(2)對(duì)轉(zhuǎn)子材質(zhì)進(jìn)行了變更，更換為耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)。

通過采取以上兩項(xiàng)措施，使二氧化碳?jí)嚎s機(jī)漸變性動(dòng)平衡破壞問題得到解決。