包鋼西區(qū)焦化13000空分裝置配套驅(qū)動(dòng)氧壓機(jī)用汽輪機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)分析處理

（中國(guó)空分設(shè)備有限公司，浙江 杭州 310051）

包鋼西區(qū)焦化13000空分裝置配套驅(qū)動(dòng)氧壓機(jī)用汽輪機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)分析處理

申 健 吳志成

（中國(guó)空分設(shè)備有限公司，浙江 杭州 310051）

本文介紹了包鋼西區(qū)焦化空分裝置配套驅(qū)動(dòng)氧氣透平壓縮機(jī)用汽輪機(jī)組聯(lián)動(dòng)試車時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)超高的情況，分析了故障原因，描述了處理的過(guò)程與結(jié)果。

汽輪機(jī)組；振動(dòng)；不平衡

1 機(jī)組概況

包鋼西區(qū)焦化13000空分裝置配套的杭氧透平有限公司生產(chǎn)的氧氣透平壓縮機(jī)由杭州汽輪機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的單出軸全凝式汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)，汽輪機(jī)為整體撬裝式，排汽側(cè)與氧氣透平壓縮機(jī)相聯(lián)，型號(hào)NK25/28/25，工作轉(zhuǎn)速為12700rpm。

2 試車情況與以及相應(yīng)分析和解決

13年12月19日汽輪機(jī)進(jìn)行了單試時(shí)，因?yàn)槭┕挝坏氖д`，在拆卸機(jī)組聯(lián)軸器半重量模擬盤時(shí)未對(duì)其原始安裝位置進(jìn)行標(biāo)記，為避免錯(cuò)誤安裝模擬盤可能導(dǎo)致振動(dòng)超標(biāo)，影響試車結(jié)果，經(jīng)與杭汽調(diào)試工程師及總承包單位商議，汽輪機(jī)組單試時(shí)不安裝半重量模擬盤。單試過(guò)程中，汽輪機(jī)組驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)最高值（p-p）為31μ，非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)最高值為37μ。雖然振動(dòng)值相比廠內(nèi)單機(jī)試車時(shí)偏高，但是考慮到?jīng)]有安裝半重量模擬盤的影響，同時(shí)也因?yàn)閱卧嚂r(shí)排汽溫度過(guò)高，達(dá)到125℃，在機(jī)組電子和機(jī)械超速試驗(yàn)結(jié)束后，杭汽調(diào)試工程師很快將汽輪機(jī)停車，各方初步認(rèn)為汽輪機(jī)單試合格，準(zhǔn)備下一步進(jìn)行與氧氣透平壓縮機(jī)組的聯(lián)動(dòng)試車。

12月31日首次進(jìn)行了氧氣透平壓縮機(jī)組的聯(lián)動(dòng)試車。聯(lián)動(dòng)試車時(shí)，氧氣透平壓機(jī)組的振動(dòng)基本保持穩(wěn)定，維持在10μ上下，但汽輪機(jī)組振動(dòng)較大。在達(dá)到11430rpm暖機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，汽輪機(jī)組振動(dòng)峰值為24～27μ，轉(zhuǎn)速升至12700rpm工作轉(zhuǎn)速后，排汽側(cè)振動(dòng)緩慢上升至45μ，并且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。汽輪機(jī)組的振動(dòng)報(bào)警值為50μ，聯(lián)鎖跳車值為75μ，為防止機(jī)組跳車，決定將轉(zhuǎn)速降至11430rpm，增加暖機(jī)時(shí)間，降速后汽輪機(jī)組振動(dòng)值恢復(fù)至29～31μ。40分鐘后將轉(zhuǎn)速升至12700rpm，振動(dòng)緩慢上升趨勢(shì)不變，當(dāng)振動(dòng)值升至49μ后，再次降速至11430rpm，振動(dòng)恢復(fù)至30～34μ。40分鐘后進(jìn)行第三次升速試驗(yàn)，振動(dòng)狀態(tài)趨勢(shì)表象與前兩次相同。為保證氧氣透平壓縮機(jī)組的機(jī)械試車?yán)^續(xù)運(yùn)行，第三次降速后，現(xiàn)場(chǎng)將維持轉(zhuǎn)速在1143rpm，運(yùn)行4小時(shí)候停車，期間振動(dòng)恢復(fù)至34～39μ。本次聯(lián)動(dòng)試車時(shí)，潤(rùn)滑油供油壓力維持在1.8bar、39℃，汽輪機(jī)組軸承溫度一直保持穩(wěn)定，為73℃，通過(guò)試車情況，現(xiàn)場(chǎng)做出了如下初步分析：

表1 汽輪機(jī)組振動(dòng)值隨進(jìn)油溫度及轉(zhuǎn)速的變化

（1）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)排缸貓爪墊圈進(jìn)行了檢車，墊圈活動(dòng)自如，因此可以基本排除發(fā)生頂缸的情況。

（2）試車過(guò)程中，試著在轉(zhuǎn)速11430rpm時(shí)，通過(guò)改變氧氣透平壓縮機(jī)的導(dǎo)葉和放空閥開(kāi)度來(lái)改變負(fù)荷，但是汽輪機(jī)組的振動(dòng)情況無(wú)明顯變化，且氧氣透平壓縮機(jī)組與汽輪機(jī)組相連側(cè)的軸承振動(dòng)情況良好，沒(méi)有異常，因此可以基本排除轉(zhuǎn)子不對(duì)中的情況。

（3）汽輪機(jī)組每階段升速時(shí)，振動(dòng)值都隨轉(zhuǎn)速有上升趨勢(shì)，雖然敏感度不高，但是不能排除軸系存在動(dòng)不平衡原因。

（4）查閱汽輪機(jī)組隨機(jī)資料，圖紙上所示該機(jī)組采用可傾瓦軸承，因此基本排除了油膜振蕩或油膜渦動(dòng)。

（5）汽輪機(jī)組振動(dòng)在11430rpm時(shí)，振動(dòng)隨負(fù)荷變化不明顯，升速12700rpm后振值上升的變化趨勢(shì)也很緩慢，并不是突變，因此發(fā)生汽流激振的可能性也比較低。

（6）管道應(yīng)力導(dǎo)致振動(dòng)升高的跡象不明顯，轉(zhuǎn)動(dòng)部件飛脫基本可以排除。

（7）密封間隙動(dòng)力失穩(wěn)或支撐系統(tǒng)失穩(wěn)、松動(dòng)暫無(wú)法判斷。

停車后，施工單位反映，確認(rèn)汽輪機(jī)組的支撐軸承安裝時(shí)為兩油隙的橢圓瓦軸承，非可傾瓦軸承，因此14年1月2日再次進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車來(lái)查找原因。本次試車主要的目的為觀察軸承進(jìn)油溫度的改變對(duì)汽輪機(jī)組振值的影響，以便找出振動(dòng)超高的原因，具體結(jié)果詳見(jiàn)表1。從表1中可以明顯的觀察出，軸承進(jìn)油溫度對(duì)振動(dòng)值的影響非常大，結(jié)合機(jī)組采用的是橢圓瓦軸承，因此現(xiàn)場(chǎng)推測(cè)振動(dòng)超高的主要原因?yàn)楦咿D(zhuǎn)速下軸承的油膜失穩(wěn)導(dǎo)致。現(xiàn)場(chǎng)將兩次試車的情況反映給設(shè)備制造廠家，要求其盡快派遣工程師到現(xiàn)場(chǎng)解決，并攜帶振動(dòng)分析儀器對(duì)機(jī)組進(jìn)一步檢查。

1月4日，杭汽服務(wù)工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，機(jī)組進(jìn)行了第三次聯(lián)動(dòng)試車，繼續(xù)檢查并確認(rèn)機(jī)組振動(dòng)高的原因，汽輪機(jī)組振動(dòng)情況的具體表現(xiàn)與前兩次試車基本一致，期間振動(dòng)最高值達(dá)到67.4μ，但是頻譜分析結(jié)果卻與現(xiàn)場(chǎng)第二次聯(lián)動(dòng)試車推測(cè)的原因完全不同。

表2 汽輪機(jī)組振動(dòng)值分解結(jié)果

從表2中可以看到，67.4μ的汽輪機(jī)組振動(dòng)值（p-p）分解后，在表示油膜形成問(wèn)題的半倍頻上振動(dòng)分量?jī)H有0.56μ，在表示對(duì)聯(lián)軸器對(duì)中可能存在問(wèn)題的二倍頻上的振動(dòng)分量?jī)H有1.52μ，而在工頻上的振動(dòng)分量高達(dá)63.3μ。根據(jù)頻譜分析的結(jié)果，工頻的振動(dòng)分量超過(guò)了總振動(dòng)值的95%，因此主要矛盾轉(zhuǎn)而集中在軸系的不平衡上。

為檢查確認(rèn)不平衡量出現(xiàn)是出現(xiàn)在聯(lián)軸器處還是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子處，現(xiàn)場(chǎng)決定拆除聯(lián)軸器，將半重量模擬盤試裝回汽輪機(jī)軸頭，重新對(duì)汽輪機(jī)組單試。汽輪機(jī)組單試工作共進(jìn)行了三次，每次單試后，根據(jù)頻譜分析的結(jié)果，將模擬盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，前兩次單試情況很不理想，不僅沒(méi)有較大改觀，甚至進(jìn)一步惡化，但第三次單試汽輪機(jī)組的運(yùn)行情況非常好，所有指標(biāo)均在合格范圍，并且與出廠合格證上的數(shù)據(jù)基本保持一致，最高振值為24μ，符合API612標(biāo)準(zhǔn)的要求，就此現(xiàn)場(chǎng)排除了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的情況，確認(rèn)殘余不平衡量出現(xiàn)在聯(lián)軸器端。

在確認(rèn)聯(lián)軸器處存在不平衡量后，現(xiàn)場(chǎng)原計(jì)劃請(qǐng)聯(lián)軸器廠家到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡，但是為盡快實(shí)現(xiàn)空分裝置的投運(yùn)，以便包鋼焦化項(xiàng)目后續(xù)工程的進(jìn)行，在確認(rèn)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子無(wú)缺陷后，總包方?jīng)Q定試著將聯(lián)軸器從廠家給定的安裝位置旋轉(zhuǎn)一定的角度后再進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車，看能否通過(guò)改變不平衡量的方位來(lái)進(jìn)行糾正。經(jīng)過(guò)三次更換聯(lián)軸器安裝角度的試驗(yàn)，在工作轉(zhuǎn)速12000rpm下，汽輪機(jī)組的振動(dòng)值可以穩(wěn)定在進(jìn)汽側(cè)20/12μ，排汽側(cè)23/33μ，雖然排汽側(cè)振動(dòng)值較其他新機(jī)組仍然略高，但是相比前幾次的試車情況已經(jīng)有非常大的改進(jìn)，可以滿足機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行并移交最終用戶使用。

結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)組振動(dòng)大的主要原因?yàn)榇嬖诓黄胶饬浚?jīng)分析，不平衡量出現(xiàn)在250°方向（以汽輪機(jī)鍵相位槽處為基準(zhǔn)，順時(shí)針?lè)较颍笮〖s為5g。聯(lián)動(dòng)試車時(shí)不平衡量沒(méi)有表現(xiàn)出對(duì)氧氣透平壓縮機(jī)組的振動(dòng)產(chǎn)生較大的影響主要在于，氧壓機(jī)組的轉(zhuǎn)子較沉，質(zhì)量較汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大出一倍多，不平衡量對(duì)其的影響相對(duì)較小。同時(shí)，也因?yàn)椴黄胶饬枯^小，在低轉(zhuǎn)速時(shí)對(duì)振動(dòng)值的影響也較小，而在達(dá)到工作轉(zhuǎn)速后表現(xiàn)出來(lái)。第二次試車油溫對(duì)機(jī)組振動(dòng)影響巨大的主要原因應(yīng)為軸承選擇不是特別合理，導(dǎo)致在高進(jìn)油溫度下油膜形成的阻尼無(wú)法抑制機(jī)組的振動(dòng)，使得汽輪機(jī)組略顯“嬌貴”。現(xiàn)場(chǎng)試車時(shí)也發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑油的供油壓力隨供油溫度的變化很敏感，供油溫度升高5℃，供油壓力可以降低約30～40kPa，回油總管的視鏡處也可見(jiàn)較為大量的白色泡沫，因此也不排除油品質(zhì)量的問(wèn)題導(dǎo)致軸承進(jìn)油溫度對(duì)振動(dòng)的影響較大的原因。同時(shí)本次汽輪機(jī)組振動(dòng)的處理方法為非常規(guī)的臨時(shí)手段，在適當(dāng)時(shí)機(jī)，仍需將聯(lián)軸器恢復(fù)至廠家給定的安裝位置，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡來(lái)進(jìn)行最終的消缺處理，并不能作為其他機(jī)組振動(dòng)超高問(wèn)題時(shí)的處理指導(dǎo)，但試車期間的分析過(guò)程可以為類似問(wèn)題提供參考。

參考資料

[1]石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī)API617標(biāo)準(zhǔn)（第7版）[Z].2002.

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[3]呂鳳霞，別鋒鋒，曾文，王世宇.基于振動(dòng)可視化的機(jī)械系統(tǒng)級(jí)故障診斷方法[J].大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2011（04）.

TH83 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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