佘晟凱(中國石化集團公司燕山分公司,北京 100000)
機組由AV40-12型軸流壓縮機、TA600-SFC型齒輪箱和YKS900-4WF1型電動機組成,機組功率為6300KW,作為裝置的關(guān)鍵機組,開工前啟動備用主風(fēng)機,為兩器系統(tǒng)供燒焦用風(fēng),待兩器運行正常并產(chǎn)生合格煙氣后,再啟動煙機機組進行能量回收,機組軸系統(tǒng)見圖一。
圖一 軸流壓縮機軸系圖
2016年6月裝置電驅(qū)軸流壓縮機機組于安裝完畢后進行試車工作。首次試車,按照試車前檢查要求,做好了各項工作,啟動盤車電機時過載跳閘,重新手動盤車,雖然可以盤動,但是盤車比較費力,在電氣專業(yè)修改盤車電機過載保護參數(shù)后,機組順利盤車。盤車15min后,啟動機組,機組因多次故障停機排查和啟動,故障大概過程如下:1)啟動后瞬間,現(xiàn)場齒輪箱聯(lián)軸器護罩排氣管大量潤滑油和油氣冒出;2)冒油和瓦溫高故障處理后,機組再次啟動,在關(guān)閉出口放空閥試驗機組性能時,齒輪箱低速軸聯(lián)軸端振動逐漸升高至90μm,超過聯(lián)鎖值。
首次啟機瞬間發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器護罩頂有大量潤滑油和油氣冒出,觀察回油管油量,也隨護罩冒油呈現(xiàn)波動狀況,停機后機組進入自動盤車狀態(tài),在低速運轉(zhuǎn)時冒油現(xiàn)象消失,初步懷疑供油量過大,預(yù)將供油壓力調(diào)低,而此時供油壓力為0.05Mpa,徑向瓦所要求最低油壓,而調(diào)整進油管線上調(diào)壓閥時發(fā)現(xiàn)壓力最大只能調(diào)整至0.05Mpa,無法調(diào)高。
根據(jù)上述現(xiàn)象,初步判斷由于軸瓦兩端油擋片間隙太大使泄油量大,0.05Mpa的供油壓力,要比相同供油壓力和正常油擋間隙條件下的供油量大許多,導(dǎo)致大量潤滑油進入軸瓦后在轉(zhuǎn)子高速作用下從油擋片快速漏出,進而導(dǎo)致潤滑油從護罩頂冒出。拆解后驗證了此推測,復(fù)測油擋間隙0.65mm,遠(yuǎn)超規(guī)定0.30mm,遂更換備件,將間隙值調(diào)整至0.20mm,將油壓再次調(diào)整至0.08Mpa。在啟動油霧風(fēng)機后再次啟機,冒油現(xiàn)象減輕但為消除。
檢查回油管傾斜度正常,能確保正常落油,說明軸承室之外回油系統(tǒng)正常。由于低速盤車時無此現(xiàn)象,當(dāng)達工作轉(zhuǎn)速時大量油和煙氣冒出,結(jié)合軸承室結(jié)構(gòu),推斷本故障很大可能性在于軸承室結(jié)構(gòu)問題上,拆解后發(fā)現(xiàn)徑向瓦右側(cè)兩個提供穿線和回油作用的孔由于鑄造缺陷太小,儀表專業(yè)安裝人員安裝熱偶時,以為僅僅作為穿線孔,忽略并未上報此問題,且軸承室上回油孔距軸承室底部較高,大量潤滑油聚集在軸承內(nèi),無法及時排出,被高速運轉(zhuǎn)的聯(lián)軸器攪動,同時產(chǎn)生油氣從護罩頂冒出。最終將轉(zhuǎn)子抽出,擴大回油孔,打磨回油孔至回油管殼體,再次啟機后,軸承室油封漏油和聯(lián)軸器護罩冒油問題完全解決。
冒油和瓦溫高報故障處理后,再次啟機,機組在空負(fù)荷狀態(tài)下運轉(zhuǎn)30min,各測點指標(biāo)正常,逐漸開大靜葉角度至50°,此時齒輪箱低速軸聯(lián)軸端振幅由10μm小幅上升至23μm,再次靜葉角度下再次運轉(zhuǎn)30min后,機組無異樣,操作人員逐漸關(guān)閉出口放空閥,當(dāng)出口壓力憋至0.15Mpa時,齒輪箱低速軸振X通道升至62.83μm,無下降趨勢,Y通道軸振1.8μm。檢查兩個通道GAP電壓趨勢,X通道正常,Y通道電壓值顯示-3.18V無明顯變化,通知儀表專業(yè)進行檢查,在運轉(zhuǎn)狀態(tài)下,儀表人員將X通道聯(lián)鎖盤路,并將該通道外部接線拆下并轉(zhuǎn)接至Y通道測點上,此時室內(nèi)顯示Y通道振動95μm,由于遠(yuǎn)超聯(lián)鎖值70μm,立即手動停車。
在儀表專業(yè)排除故障后,考慮可能機組出廠后放置在現(xiàn)場時間過長,導(dǎo)致齒輪嚙合出現(xiàn)問題,促使軸振升高,于是抱著僥幸心理再次啟機,機組在空負(fù)荷狀態(tài)下磨合2h,出口進行憋壓時,情況未緩解,再次改到空負(fù)荷狀態(tài),將供油壓力有0.12Mpa逐步調(diào)整至0.18Mpa,關(guān)閉放空閥試驗,情況如前。
結(jié)合齒輪箱低速軸聯(lián)軸器側(cè)兩個振動通道的頻譜圖和非聯(lián)軸器側(cè)軸心軌跡圖,振動高時發(fā)生時,主要故障頻率為0.59倍頻,其中1倍頻和2倍頻成分均正常,軸心軌跡呈現(xiàn)雙橢圓形,轉(zhuǎn)子渦動時無正反進動變化,GAP電壓隨振動和軸心位置的變化而變化,無異常。根據(jù)以上信息,可基本排除:齒輪箱低速軸和電機軸系不平衡、找正偏差、轉(zhuǎn)子和軸封摩擦刮碰和探頭松動等故障。使用測振儀分別測量齒輪箱和底座烈度,測量值均未超過0.8mm/s,排除基礎(chǔ)不穩(wěn)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)共振的可能。
檢查個部位滑銷,確定工作正常,但齒輪箱高速端底部有一條軸向頂絲未松開,因而分析在風(fēng)機放空逐漸關(guān)閉過程中,壓力和溫度不斷升高,同時齒輪箱為傳遞更大扭矩負(fù)荷也不斷升高,高速軸地腳螺栓處軸向頂絲阻礙齒輪箱軸向運動和形變,致使齒輪嚙合不佳。為驗證此推斷,在松開頂絲后,再次進行憋壓,振幅先升值31μm,當(dāng)運轉(zhuǎn)5min后,齒輪完成良好嚙合后,振幅降至16μm,故障完全消失。
通過對本次軸流壓縮機試車兩項故障排查,得出以下結(jié)論和教訓(xùn):
(1)本次護罩頂冒油的根本原因就是回油不暢,本故障的觸成因素為軸承室鑄造問題致使無法及時回油,導(dǎo)致軸承室積油,進而發(fā)生攪油和冒油。
(2)排除冒油故障時發(fā)現(xiàn)軸承室供油壓力無法調(diào)整,其原因為軸瓦兩端油擋間隙過大,此問題為安裝施工質(zhì)量問題。
(3)本次異常振動的主要故障頻率為0.59X,本次振動異常由機殼頂絲造成,該頂絲組織齒輪箱的正常形變,致使齒輪嚙合不佳,振動超標(biāo)。
(4)齒輪嚙合故障通常表現(xiàn)為齒數(shù)整數(shù)倍的轉(zhuǎn)頻,而狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用的非接觸式電渦流位移傳感器進行振動測量,由于該傳感器的頻率范圍限制,無法為齒輪嚙合故障提供信息,因而故障判斷時需結(jié)合工藝操作、現(xiàn)場實際情況進行綜合分析。