透平系統的振動原因分析

郭曉寧

（大慶石化公司物資供應中心，黑龍江 大慶 163714）

0 引言

某石化公司化工廠乙烯制冷壓縮機，該機組由透平系統、壓縮機組成，機組安裝在同一個機座上。其中透平系統是由美國通用電氣公司（GE）制造，型號為DEV625152206，額定功率為2996 kW，進口壓力為4.2MPa，進口溫度為380℃，壓縮機是由美國克拉克（CLARK）公司制造，型號為3MX9-8，功率為2522 kW，轉速為7761 r/min，該機組為某石化公司化工廠裂解車間的關鍵機組設備，它的安全穩定運行直接關系到整個乙烯裝置的穩定，由于裂解車間為整個化工廠的龍頭車間，因此乙烯裝置平穩運行還關系到整個化工廠的下游產業鏈。

1 設備主要機組狀態圖（見圖1）

圖1 機組狀態圖

2 透平系統的異常振動

振動是機械設備的一種運動形式之一，它是指機械設備在平衡位置上每隔一定時間作微小的有規則或無規則的反復運動。在透平系統的故障判斷中，振動技術是一種普遍被采用的檢測方法。這是因為：對透平系統來說，振動在透平日常運轉時是經常存在的。當透平系統發生異常問題時，一般都伴隨著振動的異常增大。根據經驗，當透平出現故障時，大部分首先是通過異常振動體現出來的。一般情況下，小的故障都不用停機或解體，只要通過對透平系統異常振動信號進行分析，就可對一般的故障作出大致的判斷。而引起這些振動的原因除了與制造過程中的工藝有關外，還與到現場的安裝和生產過程中的操作有關。

3 透平系統異常振動原因

引起透平系統異常振動的原因繁多，其產生的機理也十分復雜，故在透平系統中要根據現場的具體振動情況進行分析。因此，為了能準確地判斷出透平系統產生故障的機理及原因，就必須首先了解各種振動所產生的頻率區間，以及在此區間可能發生的故障原因，以便對癥下藥，順利地排除故障。下面我們來簡單說一下各振動頻率區間可能發生故障的原因，高頻產生的原因一般有流體振動和空穴作用，這兩個原因與透平系統本身基本沒有關系，主要跟生產過程中物料和工藝操作關系比較密切；中頻產生的原因有干擾振動和壓力脈動，它們主要是由于系統中其他設備的壓力或干擾而產生的；低頻產生的主要原因是我們日常生產期間遇到最多的故障原因，主要包括透平系統中轉子的不對中、不平衡以及松動等原因。

4 透平系統異常振動的主要機理

1）不平衡。經驗表明，最簡單而又最主要的振動原因就是透平系統中部件的不平衡，可以認為透平系統的不平衡是其最主要的故障原因。為了減少不平衡，使透平系統能達到運轉平衡，在設計與制造時，其轉子應該滿足許多的不平衡量及平衡精度的要求。透平不平衡的特點在于，一個部件（如轉子）圍繞著它的旋轉中心線存在著不均勻的重量分布。形成轉子偏向質量的因素很多，諸如轉子的材質不均、毛坯缺陷、加工和裝配誤差；或者轉子在運行過程中，由于受熱不均發生變形、污染物不均勻沉積在轉子上，或由于疲勞、腐蝕等原因使機件發生斷裂、磨損、脫落以及其他損傷等，都有可能造成轉子質量的偏向。一旦發生這種情況，將導致整個透平系統產生不平衡。

2）不對中。透平系統的另一個重要振源是不對中，如透平系統中轉子的軸不對中，它是指通過兩端軸承連接固定的中心軸發生了偏差，如轉軸發生了移位，不在一條中心線，或軸兩端不在一條直線上等。對中性包括靜止狀態下的冷對中和運轉狀態下的熱對中。因此，我們根據現場安裝情況，大致總結出影響對中的主要因素有：與透平系統連接的管道，安裝透平機組的支座及框架基礎，以及需要考慮安裝前后軸之間所要發生的熱關系等。如果透平系統發生了不對中，就會使透平系統產生一個偏向載荷，在這個偏向載荷的作用下很容易引起轉軸的振動。當透平系統中產生的不對中很輕微時，產生的振動頻率成分為旋轉基本頻率；如不對稱性嚴重時，則產生旋轉基本頻率的高次成分。

3）零部件松動。在所有的設備中，尤其是轉動設備，包括透平系統，松動是產生振動的原因之一，一旦不能及時發現處理，它可能會帶來嚴重的后果。一般透平系統部件的松動是由于在安裝過程中或者在長時間的運行時期地腳螺絲基礎和透平系統機組的連接發生了松弛，或者在安裝過程中軸承間隙沒有校準，也有可能長時間地運轉使軸和軸承發生了較大的磨損等原因引起的。松動可以打破現有機組的任何平衡，一旦發生松動，整個機組的振動問題將相當嚴重。

5 案例診斷分析

1）設備機組運行情況。該機組在當年初運行至9月17日停車，對密封進行更換后21日試車投入運行。開車后透平振動值較檢修前有所增加。透平側的2V點由檢修前的40 μm增至現在的55 μm左右，最大達59 μm。

2）測振點測試分析圖。某石化化工廠EC341-2V振動幅值歷史趨勢圖（2010-08-28 07：03：41～2010-09-27 09：03：41）如圖2所示。某石化化工廠EC341-2V頻譜圖（2010-09-24 09：15：05） 如圖 3 所示。某石化化工廠EC341-2h 2V實時軸心軌跡圖如圖4所示。某石化化工廠EC341-2V實時頻譜圖如圖5所示。某石化化工廠EC341-2V實時波形圖如圖6所示。

圖2 透平排汽側檢修前后垂直方向振動趨勢圖

圖3 透平排汽側垂直方向頻譜圖

圖4 透平排汽側軸心軌跡圖

3）檢測技術人員診斷意見。該機組檢修后透平排汽側2V測點振動值較檢修前有增大，除1倍頻幅值較檢修前增大外，還出現了10～55 Hz左右的低頻成分，同時還存在一定量的高頻成分。

分析認為，EC341機組2V測點振動值出現波動和增大的原因為：a.機組測點的位置上存在輕度劃痕；b.由于透平內部氣流不穩定對轉子造成的激振。

4）檢測技術人員維修建議。a.盡量穩定蒸汽參數，平穩操作；b.下次檢修時處理劃痕部位。

圖5 透平排汽側垂直方向頻譜圖

圖6 透平排汽側垂直方向波形圖

6 結語

對于透平系統可以采用各種方式，依靠測取振動、噪聲、溫度、磨屑等物理量，用以早期發現它們在運轉中的異常現象，并采取適當的維護措施，以防止破壞性事故的發生。但因透平系統屬于旋轉設備，在整個生產裝置中始終長周期地作連續運轉，由于它最初產生的故障大部分都是從振動開始的，因此即使一些微小的振動我們都應加以重視，因為這些振動一旦不能及時發現和加以處理，將會對整個透平系統產生潛在的危害，輕則機毀，重則人亡。作為技術人員，要始終總結經驗，不斷摸索各種振動的類別，以便能準確地分析和判斷振動產生的原因。

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