余浩進(jìn)(內(nèi)蒙古久泰新材料有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010200)

0 引言

煤制乙二醇項(xiàng)目是在新材料、新能源、生物可降解的產(chǎn)業(yè)發(fā)展思路下的重要項(xiàng)目，汽輪機(jī)是該項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，具有大型、高速、連續(xù)工作且處于核心地位的特點(diǎn)，其運(yùn)行狀況好壞直接影響企業(yè)的生產(chǎn)，一旦出現(xiàn)振動(dòng)高將引起停機(jī)。而出現(xiàn)振動(dòng)高進(jìn)行原因分析時(shí)，往往只能在儀表和工藝參數(shù)方面得到較準(zhǔn)確的結(jié)論，而對(duì)于汽輪機(jī)本身機(jī)械方面的只能分析可能的原因，需要解體驗(yàn)證，借助故障診斷儀器能準(zhǔn)確的診斷出汽輪機(jī)機(jī)械方面的問(wèn)題。研究并應(yīng)用先進(jìn)的故障診斷技術(shù)不僅可以早期發(fā)現(xiàn)故障，避免惡性事故的發(fā)生，可以更有效的指導(dǎo)設(shè)備的維修管理，從根本上解決目前設(shè)備定期維修不足和維修過(guò)剩的問(wèn)題，通過(guò)及時(shí)檢測(cè)汽輪機(jī)振動(dòng)變化，掌握歷史頻譜圖和設(shè)備的劣化，可有效防止損傷設(shè)備關(guān)鍵部件，延長(zhǎng)使用壽命，提高可靠性，可以在有限的使用壽命周期內(nèi)創(chuàng)造最大的價(jià)值，作為制定設(shè)備維護(hù)策略的有效方法。

1 汽輪機(jī)概況

本項(xiàng)目壓縮機(jī)分別采用汽輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、膨脹機(jī)驅(qū)動(dòng)，本文主要介紹汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的B單元丙烯汽輪機(jī)和A單元空分汽輪機(jī)，均為9.8 MPa過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)，參數(shù)分別為進(jìn)汽量58、118.3 t/h，功率14 500、37 426 kW，轉(zhuǎn)速3 910～4 830、4 823 r/min，軸承跨距2 870、3 340 mm，轉(zhuǎn)子重量3.4、7.4 t，滑動(dòng)軸承均為可傾瓦形式，推力軸承均為米歇爾形式。

2 存在的問(wèn)題

2.1 共性問(wèn)題

自試車以來(lái)蒸汽品質(zhì)一直不好，兩年后丙烯汽輪機(jī)和空分汽輪機(jī)均出現(xiàn)蒸汽消耗量增加，分析是過(guò)流部分結(jié)垢導(dǎo)致，多次采取低壓飽和蒸汽清洗的方法對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行清洗，清洗后有所好轉(zhuǎn)，但很快又出現(xiàn)蒸汽消耗量增加的現(xiàn)象，特別是空分汽輪機(jī)出現(xiàn)調(diào)速閥全開(kāi)時(shí)轉(zhuǎn)速下降的情況。

經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的取樣分析，汽輪機(jī)蒸汽冷凝液部分化驗(yàn)結(jié)果，二氧化硅為23.3、40.2、66.4、18.9、26、14、20.4、24、31.9、19.7 μg/L，電導(dǎo)率為21.1、22.9、15.8、18.12、14.72、11.8、13.6、12.25、15、11.34 μs/cm，根據(jù)GB/T 12145—2016 《火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》要求，蒸汽質(zhì)量為二氧化硅20 μg/L、電導(dǎo)率0.15 μs/cm，凝結(jié)水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為電導(dǎo)率0.3 μs/cm，可見(jiàn)二氧化硅時(shí)有超標(biāo)，最高3倍多，電導(dǎo)率超標(biāo)情況嚴(yán)重，約40～70倍，最高113倍。

在某研究院技術(shù)監(jiān)督報(bào)告中指出，鍋爐爐水硅含量偏大，最高5 mg/L，過(guò)熱蒸汽氫電導(dǎo)率超標(biāo)，最高達(dá)1.1 μs/cm，應(yīng)通過(guò)加強(qiáng)爐水排污降低其硅含量至合格范圍。

2.2 丙烯汽輪機(jī)

次年5月，汽輪機(jī)排氣端軸承振值153 Y開(kāi)始出現(xiàn)波動(dòng)，振動(dòng)峰值逐次升高，且出現(xiàn)波峰的周期越來(lái)越短，振值波動(dòng)持續(xù)40 min左右后恢復(fù)正常，7月3日，振值達(dá)到51.7 μm，超過(guò)報(bào)警值50 μm，該軸承振值聯(lián)鎖值為75 μm；8月6日，振值達(dá)到74.8 μm，提前進(jìn)入大修。

2.3 空分汽輪機(jī)

次年4月，汽輪機(jī)累計(jì)運(yùn)行約8 000 h，排氣端軸承振值VI981X達(dá)49 μm，同時(shí)調(diào)速閥全開(kāi)轉(zhuǎn)速仍然下降，經(jīng)清洗后效果明顯；9月之后，進(jìn)氣端軸承振值VI982 X偏高，經(jīng)常升至接近報(bào)警值后下降，最高至61.35 μm，期間對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了低壓飽和蒸汽清洗，到投運(yùn)4年后大修前，振值最高值穩(wěn)定在報(bào)警值附近。軸承振值報(bào)警值為59.5 μm，聯(lián)鎖值為79.3 μm。

3 振動(dòng)原因分析

3.1 丙烯汽輪機(jī)

自發(fā)生振值波動(dòng)開(kāi)始，從多方面進(jìn)行排查，始終沒(méi)有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因，可能的原因及結(jié)果如下。

(1)振動(dòng)探頭和接線，153 Y與其他三個(gè)測(cè)點(diǎn)振值同時(shí)波動(dòng)，未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)等異?，F(xiàn)象，排除此原因；

(2)負(fù)荷調(diào)整引起振動(dòng)，對(duì)相同負(fù)荷或不同負(fù)荷的振動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比，未發(fā)現(xiàn)異常；

(3)末端排氣通路，真空良好，疏水通暢，排除水擊可能；

(4)潤(rùn)滑油，分析報(bào)告結(jié)果顯示油質(zhì)合格；

(5)結(jié)垢嚴(yán)重導(dǎo)致發(fā)生碰磨，無(wú)法驗(yàn)證，需解體檢查；

(6)動(dòng)、靜件碰磨，可能是汽封間隙有問(wèn)題，高壓氣體竄入低壓缸引起熱彎曲，無(wú)法驗(yàn)證，需解體檢查。

在分析無(wú)果的情況下，委托原廠進(jìn)行頻譜分析，結(jié)果顯示振動(dòng)波動(dòng)以一倍頻分量為主，40 min左右后恢復(fù)正常，壓縮機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。由此判斷屬于強(qiáng)迫振動(dòng)，轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡狀態(tài)發(fā)生了變化，氣缸內(nèi)部中后端發(fā)生輕微碰磨的可能性較大，軸承座油檔密封齒也可能存在動(dòng)靜碰磨但概率較小。機(jī)組均不存在油膜渦動(dòng)、汽流激振。建議盡快停機(jī)檢查，先打開(kāi)軸承座檢查油檔，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解體檢查氣缸內(nèi)部碰磨情況。

后經(jīng)解體驗(yàn)證，油檔密封齒沒(méi)有發(fā)現(xiàn)磨損，氣缸中后部結(jié)垢嚴(yán)重，汽封間隙減小，引起碰磨，結(jié)垢沉積物磨完后振值恢復(fù)正常，當(dāng)結(jié)垢沉積物到達(dá)一定厚度時(shí)，又引起碰磨導(dǎo)致振動(dòng)。頻譜分析結(jié)果正確，頻譜分析能較準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在。

3.2 空分汽輪機(jī)

發(fā)生振動(dòng)異常偏高后，與丙烯汽輪機(jī)類似，沒(méi)有找到根本原因，但沒(méi)有進(jìn)行頻譜分析?？紤]到振值穩(wěn)定，為了保證生產(chǎn)，一直保持運(yùn)行。投運(yùn)4年后大修時(shí)，解體發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子結(jié)垢嚴(yán)重，進(jìn)氣端6圈汽封被打斷，懷疑是裝置試車時(shí)蒸汽管道有雜物所致。本次大修經(jīng)歷了三次解體七次試車兩次動(dòng)平衡，每次聯(lián)鎖停車均因排氣端VI981 X振值高，后兩次解體及振動(dòng)大的原因分析如下。

(1)第二次解體

經(jīng)過(guò)2次聯(lián)動(dòng)、1次單體試車，均在轉(zhuǎn)速為2 160 r/m左右時(shí)，VI981 X振值高聯(lián)鎖停車。解體后發(fā)現(xiàn)葉輪間汽封處徑向有碰磨，懷疑汽封間隙不夠。因無(wú)原廠數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)子吊出前對(duì)各部間隙進(jìn)行了記錄，回裝時(shí)對(duì)汽封間隙進(jìn)行了復(fù)查，與解體前是一致的。為解決振動(dòng)，對(duì)碰磨部位擴(kuò)大了汽封間隙。其他可能的原因分析如下。

①?zèng)_轉(zhuǎn)前速關(guān)閥漏氣，如漏氣會(huì)引起上、下缸溫差大導(dǎo)致振動(dòng)，測(cè)溫儀表顯示缸內(nèi)溫度低，不存在溫差；

②軸瓦間隙，軸瓦與庫(kù)存新軸瓦厚度相同，且低轉(zhuǎn)速時(shí)不會(huì)造成大的振動(dòng)導(dǎo)致跳車；

③對(duì)中，汽輪機(jī)、空壓機(jī)、增壓機(jī)軸系均未變動(dòng)，且聯(lián)軸器長(zhǎng)，對(duì)中不好不會(huì)造成大的振動(dòng)導(dǎo)致跳車，單體試車已排除此因素；

④發(fā)生碰磨，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)膨脹指示裝置，可能因汽封原始間隙未考慮膨脹，或原始裝配有誤差引起碰磨，需檢查汽封碰磨的情況；

⑤轉(zhuǎn)子撓度偏大，已做靜、動(dòng)平衡，排除此因素。

(2)第三次解體

擴(kuò)大間隙后對(duì)各部間隙進(jìn)行了認(rèn)真復(fù)查，回裝后進(jìn)行了2次單體試車，并通過(guò)架設(shè)百分表檢查膨脹，在轉(zhuǎn)速為2 160 r/m左右時(shí)，仍因VI981 X振值高聯(lián)鎖停車。解體后發(fā)現(xiàn)汽封片處有軸向碰磨，除上次解體的原因分析外，還進(jìn)行了以下分析和檢查。

①缸體膨脹不充分，下次試車時(shí)延長(zhǎng)低速暖機(jī)時(shí)間，使缸體充分膨脹；

②高壓端軸承箱卡澀，經(jīng)檢查滑銷，排除了此因素；

③動(dòng)平衡，重新做了動(dòng)平衡，結(jié)果顯示合格，并對(duì)測(cè)振帶表面進(jìn)行了處理；

④管道應(yīng)力，回裝時(shí)主蒸汽管管口對(duì)中情況較好，并對(duì)油管進(jìn)行了檢查。

回裝后經(jīng)過(guò)2次聯(lián)動(dòng)試車，均延長(zhǎng)暖機(jī)時(shí)間30 min，并通過(guò)架設(shè)百分表檢查膨脹，兩次試車均成功。雖然最后開(kāi)車成功，但沒(méi)有頻譜分析儀輔助進(jìn)行準(zhǔn)確的查找振動(dòng)高的原因，致使原因分析只能憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，并且多進(jìn)行了一次動(dòng)平衡試驗(yàn)，延長(zhǎng)了檢修工期。

4 故障診斷技術(shù)

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)是利用測(cè)取機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中或者相對(duì)靜態(tài)條件下的狀態(tài)信息，通過(guò)對(duì)所測(cè)得信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并結(jié)合診斷對(duì)象的歷史狀態(tài)，來(lái)定量識(shí)別機(jī)械設(shè)備及其零部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)，并預(yù)知有關(guān)異常故障和預(yù)測(cè)未來(lái)的技術(shù)狀態(tài)，從而確定必要對(duì)策的技術(shù)，它包含兩方面的內(nèi)容：一是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；二是在發(fā)現(xiàn)異常情況后對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析、診斷。該技術(shù)首先來(lái)自軍事上的需要，在第二次世界大戰(zhàn)初期問(wèn)世，經(jīng)過(guò)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)及信號(hào)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行有效的輔助監(jiān)測(cè)和診斷已成為重要的診斷手段，其發(fā)展已進(jìn)入“不解體化、高精度化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化”的趨勢(shì)[1]。下面總結(jié)一下該技術(shù)在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和滑動(dòng)軸承故障診斷方面的應(yīng)用。

汽輪機(jī)屬高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，由于旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的不平衡、對(duì)中不良、動(dòng)靜件摩擦等原因都會(huì)引起振動(dòng)，振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生反復(fù)變動(dòng)的巨大載荷，不但會(huì)降低壽命和可靠性，而且還可能發(fā)生嚴(yán)重的破壞事故，給生產(chǎn)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。表1對(duì)頻譜分析時(shí)各種故障的特征和振動(dòng)敏感參數(shù)進(jìn)行了總結(jié)，從表中可以看出，不同故障的特征和振動(dòng)敏感參數(shù)不同，通過(guò)頻譜分析可以對(duì)汽輪機(jī)機(jī)械方面的故障做出準(zhǔn)確的診斷。

表1 故障特征和敏感參數(shù)

5 結(jié)語(yǔ)

汽輪機(jī)是煤制乙二醇項(xiàng)目的關(guān)鍵設(shè)備，一旦出現(xiàn)振動(dòng)高引起停機(jī)，將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的后果。而出現(xiàn)振動(dòng)高進(jìn)行常規(guī)的原因分析時(shí)，對(duì)于汽輪機(jī)本身機(jī)械方面的只能得到可能的結(jié)論，需要解體驗(yàn)證。借助故障診斷儀器能準(zhǔn)確地診斷出汽輪機(jī)機(jī)械方面存在的問(wèn)題，可以更有效的指導(dǎo)汽輪機(jī)的維修管理，能掌握歷史頻譜圖和劣化，可有效防止汽輪機(jī)中關(guān)鍵部件的損傷，延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命，提高汽輪機(jī)工作的可靠性，可以在有限的使用壽命周期內(nèi)創(chuàng)造最大的價(jià)值，作為制定汽輪機(jī)維護(hù)策略的有效方法，頻譜分析應(yīng)受到各工業(yè)領(lǐng)域的重視[1-2]。