TRT 透平機常見振動問題與排除

王從宅，伊成志

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

壓差發電機組是煉鐵廠的重要裝備之一，主要用于回收高爐煤氣的余壓、余熱能量。隨著節能減排的推進，壓差發電在鋼鐵行業的地位變得越來越重要，機組能否平穩運行直接關系到企業的能耗及經濟效益，而振動過高是造成機組停車檢修的重要原因，研究透平機組振動原因及處理措施顯得尤為重要。

1 TRT 機組的生產工藝流程

首秦公司一期TRT（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，高爐煤氣余壓透平發電裝置）系統2004 年投產，TRT裝置主體設備由勵磁機、發電機、透平機構成，輔助系統由進出口閥門系統、潤滑油系統、液壓伺服系統、冷卻水系統、氮氣密封系統、高/低發配電系統、自動控制系統等七大系統組成。高爐產生的煤氣，由爐頂煤氣立管進入集氣管，然后經重力除塵器、旋風除塵，進入TRT 裝置；經入口碟閥、入口插板閥、快切閥進入透平機，經透平機后煤氣溫度、壓力降低，能量轉化為透平機機械能，帶動發電機發電；自透平機出來的煤氣，進入低壓管網，最終進入能環系統煤氣柜，供全廠煤氣調節使用（圖1）。該透平機額定輸出功率5193 kW，進口設計流量210 000 Nm3/h，進口設計壓力150 kPa，進口溫度150 ℃。

圖1 TRT 工藝流程

2 透平機組振動高的原因

2.1 動平衡狀況差

高爐煤氣經重力及干法除塵后，仍然有一定粉塵含量，運行過程中會逐漸在轉子葉片上結垢，到達一定厚度后不均勻脫落，影響動平衡，這是造成透平機振動逐漸升高的主要原因。

2.2 油膜渦動引起的低頻振動

油潤滑滑動軸承工作時，軸徑與軸瓦不直接接觸，其間有一層薄的油膜支撐軸徑，同時起到潤滑、冷卻作用。軸徑高速旋轉時，油膜并非厚薄均勻，而是呈楔形，楔形油膜按油的平均流速帶動軸繞軸瓦中心轉動，這種現象稱為油膜渦動。如果軸承穩定性不好，會導致油膜渦動，引起低頻振動，其振動頻率一般為0.4～0.6 倍頻。低頻振動產生與轉子振動不合拍的激振力，降低軸、軸瓦的使用壽命，使轉子振動位移增大，可能引起軸瓦的錫合金脫落，導致軸頸磨損或斷裂，嚴重時可造成葉片折斷，釀成重大設備、安全事故。

2.3 電機轉子與透平機轉子不同心造成的振動

理想狀態下透平機轉子與電機轉子軸心應位于一條直線上，但由于加工制造、安裝存在一定誤差，不可能做到完全同心。機組運行后透平機做功介質為高爐煤氣，溫度較高，由于熱脹冷縮原因，透平機轉子中心高會比機組運行前有所抬升。因此，安裝時應讓透平機轉子軸心比發電機轉子軸心略低，但實際情況復雜，低多少在量上不好掌握，可能造成振動。

2.4 工況變化過大引起的振動增大

機組在平穩運轉情況下已經形成了平衡狀態，當外界工況緩慢變化時，機組可以緩慢適應，達到新的平衡；當外界工況，如溫度等變化過快，則可能造成熱脹冷縮不均勻，導致發電機與透平機之間定心變差，導致振動升高。

3 振動問題的解決措施

3.1 軸瓦選擇

軸瓦選擇合理，保證軸徑、軸瓦間隙符合要求，避免軸瓦二次加工或刮研，是減少透平機振動的有效措施之一。透平機、發電機軸承直接影響兩軸的平行度，軸承若選擇不合理，會造成軸系振動加劇，縮短軸承使用壽命。軸承座壓蓋與軸瓦過盈量是否合理也是保證透平機穩定運行的關鍵因素之一，過盈量過小時壓緊力低，易造成振動；過盈量過大會降低頂部間隙，不利于潤滑。有些鉗工刮研軸瓦時，控制軸與軸瓦的接觸角度為60°，這樣效果并非最好（圖2）。實踐證明，軸和軸瓦應是接觸一條線，才能形成供流體潤滑的油楔，但前后接觸必須均勻。以往軸承采用人工刮研方法進行修復，工作效率低，修復效果依賴刮研人員經驗，質量沒有保證，易造成透平機的振動。為保證油膜質量，應優先選用成型備件，保證透平機軸承的質量要求，這是消除油膜半波渦動的最好辦法。

3.2 定期除垢、探傷、動平衡

透平機轉子長期運行過程中，會由于各種原因受到損傷，影響動平衡，如受到含粉塵氣流沖刷導致葉片不均勻變薄、不均勻結垢、含酸冷凝水腐蝕。由于轉子在運行過程中腐蝕、結垢并不均勻，致使轉子的動平衡遭到破壞，轉子的不平衡超過要求時會造成透平機的振動加大，損傷軸瓦、葉片。因此，應在透平機日常運行過程中噴阻垢緩蝕劑減少透平機結垢、降低葉片腐，并定期檢修透平機，清理轉子，做動平衡，以降低啟機后轉子振動。

圖2 TRT 透平機瓦面接觸情況

圖3 TRT 透平機頻譜分析

3.3 在線分析設備運行狀況

將時域信號變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析（圖3）。配備頻譜分析儀器，無需拆卸設備，可在線對設備振動信號頻率、幅值進行分析，掌握設備運行狀態，判斷故障產生的原因及部位。對信號進行頻譜分析可以獲得很多有用信息，如獲得動態信號中的各個頻率成分和頻率分布范圍、各個頻率成分的幅值分布和能量分布，再進行比對分析即可得到主要幅度和能量分布的頻率值。根據頻譜分布可以判斷振動原因，進而做出預防性措施。

4 結論

本文分析了引起透平機振動高的原因及解決方法，將頻譜分析儀用于故障分析處理，拋棄了以往振動一升高就全面檢查、處理的辦法，使檢修處理方案更加具有針對性，降低了檢修成本，減少了檢修時間。