2#TRT動靜碰磨故障診斷

陳亞軍，李 泉

（1 北京首鋼股份有限公司能源部；2 北京首鋼股份有限公司設備部，河北遷安，064404）

引言

某鋼廠2#TRT 發電機組，2007 年2 月作為2#高爐配套完善項目投產運行，透平機為軸流反動式，級數為二級，額定轉速3 000 r/min，臨界轉速1 850 r/min，進口壓力0.196 MPa，出口壓力11 kPa，結構形式為二級雙支撐式，主體由定子、轉子、底座等組成。透平與發電機用剛性聯軸器直聯。機組利用2#高爐產生的煤氣余熱、余壓，通過透平機膨脹做功帶動發電機發電，不消耗煤氣也不降低煤氣品質。

2#TRT 發電機組主要結構及測點分布如圖1所示。

圖1 2#TRT發電機組主要結構及測點分布示意圖

1 故障現象描述

2017 年1 月至2018 年2 月，2#TRT 現場DCS 監控顯示透平排氣側202A、202B 一直出現測點振動異常現象，兩個測點振值在15～80 μm之間頻繁大幅波動并報警，存在安全隱患。公司診斷小組采用多次離線監測分析均未發現問題，爾后又把懷疑重點放在自動化系統上，通過對信號電纜接線端子松動情況，傳感器和延伸電纜接插件的接觸情況多次排查未發現問題后，又對信號傳輸電纜、傳感器全部進行了更換，依然無果，只能繼續帶病運行。

2 第一次診斷分析及處理

2.1 故障分析

（1）IMO1000 系統為陜鼓研發的在線監測與故障診斷系統，該系統能夠在線智能采集并存儲機組振動、轉速、工藝量等信號，通過局域網向服務器傳輸數據，為工廠設備管理和診斷人員提供專用診斷圖譜與報表。2018 年1 月18 日在2#TRT 投用，通過該系統通頻振動趨勢圖（見圖2）顯示，202A、202B測點振動在15～107 μm之間大幅波動，接近報警值，存在嚴重的安全隱患。

圖2 202A、202B測點通頻振動趨勢圖

（2）1 月18 日-2 月5 日，一倍頻振動趨勢（見圖3）顯示，透平排氣側202A、202B 測點振動與相位同步大幅波動，202B 測點相位波動更明顯。說明有動靜碰磨的可能。

圖3 202A、202B測點一倍頻振動趨勢圖

（3）透平機進氣側201 瓦位和排氣側202 瓦位軸心軌跡顯示：轉子的渦動方向和轉子轉動角速度方向相反，軸心軌跡呈明顯呈反進動現象。

（4）透平機進氣側201瓦位軸心位置圖（見圖4）和排氣側202瓦位軸心位置圖（見圖5）顯示。

圖4 透平機進氣側201瓦位測點軸心位置圖

圖5 透平機排氣側202瓦位測點軸心位置圖

透平機軸心位置變化范圍較大，說明轉子穩定性較差，軸心一直在軸瓦中上下及左右變化。

2.2 故障診斷及措施

診斷結論：綜合以上分析，2#TRT透平機進氣側與排氣側存在嚴重的動靜碰磨。

故障可能原因：軸與軸瓦配合間隙存在問題；軸瓦表面存在缺陷；潤滑油存在問題。

整改措施：利用2#高爐檢修機會，對機組潤滑油指標重新化驗分析；對透平機揭瓦檢查，重點復核軸瓦配合間隙，檢查軸瓦表面碰磨情況及軸瓦缺陷。

2.3 整改處理情況及效果

2018 年2 月6 日，利用2#高爐檢修機會對機組潤滑油重新取樣送檢，經過理化分析潤滑油指標在合格范圍內，可排除潤滑油存在問題因素；停機對2#TRT 透平排氣側軸瓦進行了揭蓋檢查。圖6 可以看出202 上瓦有明顯的剮蹭痕跡，復核瓦頂間隙為0.29 mm道偏下限。

圖6 檢修拆下的排氣側202軸承上瓦剮蹭情況

軸瓦間隙處理：對上瓦剮蹭處進行刮研處理，瓦頂間隙由原來的0.29 mm 增加至0.34 mm，瓦蓋緊力控制在5道左右。

整改效果：檢修結束2 月6 日起機，圖7 可以看出，測點202A、202B 在軸瓦刮研后振動值均穩定在20 μm左右，通頻振值較處理前有大幅下降。

圖7 軸瓦刮研整改前后排氣側202軸承振動情況對比

3 第二次診斷分析及處理

3.1 故障分析

（1）2#TRT透平機測點VT202A、VT202B自2018年3 月12 日起，振動趨勢又有增大的趨勢，如圖8所示。

圖8 透平機2月6日-5月8日202測點通頻振動趨勢圖

機組于2018 年5 月9 日開機至7 月30 日停機檢修，如圖9 所示，通頻振動出現了很多毛刺，透平機繼續出現振動波動現象，測點VT202B 最高振動超過90 μm，測點VT202A 最高振動超過80 μm，頻譜能量及波動以1X為主。

圖9 透平機5月9日-7月30日VT202測點通頻振動趨勢圖

（2）透平機一倍頻振動趨勢如圖10 所示，透平機一倍頻振動和相位同步波動，透平機排氣側軸心軌跡又出現明顯反進動現象，說明透平機轉子和密封、軸承之間仍然存在碰磨故障。

圖10 透平機VT202測點1X頻振動趨勢圖

（3）通過2018 年5 月8 日透平機排氣側停機伯德圖與2018年5月9日透平機排氣側啟機伯德圖對比查看，幅值和相位都差別較大，說明轉子存在軸彎曲故障。

3.2 故障診斷及措施

在第一次透平機軸瓦間隙處理后，碰磨問題繼續出現，說明透平機轉子軸彎曲故障是導致碰磨問題的主因。對于轉子平衡狀態不好，存在較大的動撓度[1]，當不平衡和動靜碰磨同時存在時，應首先更換新轉子或重新做動平衡，平衡狀況改善后，轉子激振力減小，有利于消除碰磨。

整改措施：在第一次故障診斷處理（重新化驗機組潤滑油指標正常，重新調整透平機軸瓦配合間隙、瓦蓋緊力并對軸瓦進行刮研處理后）碰磨故障繼續出現，判斷轉子發生永久軸彎曲變形是導致碰磨發生的根本原因，結合2018年8月1日停機檢修，對產生塑性彎曲變形的透平機轉子進行了更換。

3.3 整改效果

2#壓差發電機組2018 年9 月18 日凌晨順利啟機，從開機后運行情況看透平機軸心軌跡呈正進動，消除了反進動現象；如圖11所示，檢修后軸心位置趨于穩定，徹底消除了碰磨故障。

圖11 透平機更換轉子前、后軸心位置圖

4 結論

碰磨是轉子產生非常復雜的振動，對其現場診斷有一定難度。輕者使得機組出現強烈振動，嚴重的可以造成轉軸永久性彎曲，甚至整個軸系毀壞。另外由于碰磨需要開缸處理，對大型機組來說工作量較大，要求碰磨的診斷應該有高準確性[2]。因此，碰磨的準確分析診斷無疑會有效地提高機組運行的安全性和經濟性，防止重大事故發生。同時，首鋼股份公司2#TRT 透平機的碰磨故障診斷對冶金企業同類大型旋轉機械的故障分析也起到了借鑒作用。