楊林， 蘭云霞， 羅國民， 陳立， 劉博強， 趙興國

（中國石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司， 四川成都， 610021）

1 前言

某煉油廠焦化裝置富氣壓縮機組的驅(qū)動機為背壓式汽輪機， 額定轉(zhuǎn)速為11 041 r/min， 臨界轉(zhuǎn)速13 000 r/min， 進汽壓力為3.5 MPa， 排氣壓力為1.0 MPa， 汽輪機徑向軸承為可傾瓦滑動軸承，軸端及級間密封為迷宮密封。 汽輪機在運行過程中， 由于動力蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)較大波動， 未能及時緊急處理， 造成動力蒸汽帶水進入汽輪機，對動葉片產(chǎn)生強烈沖擊， 機體產(chǎn)生劇烈的高頻振動， 轉(zhuǎn)子發(fā)生嚴重的彎曲變形， 各支承系統(tǒng)、 汽封部件、 振動位移探頭嚴重磨損。 為保障生產(chǎn)盡快恢復(fù)， 組織對其進行搶修， 更換轉(zhuǎn)子、 修復(fù)磨損部位。 搶修后， 富氣壓縮機組投入運行， 但監(jiān)測發(fā)現(xiàn)汽輪機高壓端軸承振動比較大， 轉(zhuǎn)速在10 200 r/min 時， 高壓端振動位移量達到了63.58 μm， 比汽輪機水擊事故前振動提高了40 μm。 同時， 還存在汽封泄漏較大， 汽封冷卻器水量比較大的問題。 通過DCS 系統(tǒng)檢查機組各軸承溫度、軸位移以及汽輪機進出口蒸汽壓力、 流量、 溫度，壓縮機進出口工藝氣體各項參數(shù)均比較平穩(wěn)。

2 狀態(tài)監(jiān)測分析

2.1 振動監(jiān)測

富氣壓縮機組采用在線監(jiān)測系統(tǒng)對機組運行進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷， 各軸承箱振動探頭采用的傳感器為非接觸式電渦流傳感器， 具有結(jié)構(gòu)簡單、 測量范圍寬、 靈敏度高等優(yōu)點， 能夠測量轉(zhuǎn)動設(shè)備轉(zhuǎn)軸相對振動、 軸心軌跡、 轉(zhuǎn)速和相位等振動特征量。 每個振動測點安裝有A、 B 2 個振動傳感器探頭， 2 個探頭分別安裝在軸承兩邊同一平面相隔約90°， 保證了振動測量數(shù)據(jù)的可靠性。富氣壓縮機組搶險后開車運行， 在正常工況下，監(jiān)測機組運行振動數(shù)據(jù)， 發(fā)現(xiàn)汽輪機的高壓端軸承振動比較大， 其他軸承振動均在安全運行范圍內(nèi)， 具體見表1。

表1 富氣壓縮機組（9 600 r/min）各振動測點監(jiān)測數(shù)據(jù)表μm

2.2 振動分析

2.2.1 頻譜圖分析

頻譜分析是大型回轉(zhuǎn)機械監(jiān)測和診斷的基本手段， 振動傳感器監(jiān)測的振動信號經(jīng)直流分量濾波后進行傅立葉變換， 得到該振動信號的頻率構(gòu)成信息， 各階倍頻分量清晰， 是機械設(shè)備故障診斷的重要方法。 查看富氣壓縮機組汽輪機高壓側(cè)軸承振動信號的頻譜圖1～2， 諧波能量的80%以上集中在轉(zhuǎn)子的工作頻率（約160 Hz）即基頻上，其他倍頻成分所占的比例相對較小， 在轉(zhuǎn)速不變的情況下， 工頻振動相對穩(wěn)定。 這種情況與轉(zhuǎn)子不平衡狀態(tài)下的振動信號頻譜圖典型特征非常符合。

圖1 汽輪機高壓端振動探頭A 頻譜圖

圖2 汽輪機高壓端振動探頭B 頻譜圖

2.2.2 軸心軌跡分析

軸心軌跡是軸承同一個振動測點A、 B 2 個振動渦流傳感器監(jiān)測的振動信號中去除直流分量后加以合成得到的， 它表征轉(zhuǎn)子軸心一點在軸承處相對于軸承座的徑向運行軌跡。 從圖3 看出軸心軌跡是一個比較規(guī)則的橢圓， 從圖4 看出軸承振動的進動方向為正進動。 與轉(zhuǎn)子不對中、 油膜渦動、 轉(zhuǎn)子支撐系松動、 轉(zhuǎn)軸裂紋等轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常見的故障振動特征無關(guān)。

圖3 汽輪機高壓端軸心軌跡圖

圖4 汽輪機高壓端全息圖譜

綜合以上分析， 可以初步判斷富氣壓縮機組汽輪機高壓側(cè)軸承異常振動原因為轉(zhuǎn)子動平衡不良， 決定對汽輪機進行升降速試驗， 根據(jù)動平衡不良的其他特性進行檢驗。

2.3 升降速試驗

組織人員對富氣壓縮機組進行升降速試驗，如果為動平衡不良， 轉(zhuǎn)子在工頻、 通頻的振動會隨轉(zhuǎn)速變化而發(fā)生變化， 壓縮機組升降速試驗就能夠進一步驗證。 具體的實驗曲線如圖5 所示，從圖中可以看出汽輪機高壓端振動趨勢曲線與轉(zhuǎn)速變化曲線完全吻合， 符合通過振動監(jiān)測狀態(tài)分析得出的動平衡不良的初步判斷。

圖5 機組升降速試驗轉(zhuǎn)速和振動趨勢圖

2.4 診斷結(jié)論

該汽輪機在上一周期運行過程中， 水擊導(dǎo)致了汽輪機組受到劇烈的高頻振動， 汽輪機損壞嚴重， 更換了轉(zhuǎn)子部件， 更換的轉(zhuǎn)子在使用前做了低速動平衡， 在標準范圍內(nèi)。 但維修后汽輪機在正常工況下運行， 高壓端軸承振動較大， 汽封泄漏較大， 汽封冷卻器水量比較大。 根據(jù)汽輪機的振動狀態(tài)監(jiān)測圖譜和升降速曲線試驗分析， 可以判斷振動的主要原因是動不平衡。 但該汽輪機轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子， 只需做低速動平衡， 且汽輪機只有高壓端振動超標， 低壓端振動正常， 因此可以排除轉(zhuǎn)子本身不平衡故障。 針對只有高壓側(cè)一側(cè)的振動大， 判斷高壓側(cè)的軸瓦間隙、 緊力、 瓦和瓦座的接觸面積存在問題。 另外由于汽輪機汽封漏量比較大， 可能還存在汽輪機轉(zhuǎn)子和機體不同心的問題。 鑒于目前汽輪機和壓縮機整體運行平穩(wěn)， 振動趨于穩(wěn)定， 為保障生產(chǎn)， 只要振動沒有繼續(xù)增大趨勢， 該機組可以在監(jiān)護下安全運行。

3 設(shè)備拆檢與維修

3.1 設(shè)備拆檢情況

根據(jù)診斷結(jié)論， 在裝置檢修期間對富氣壓縮機組汽輪機進行針對性拆檢， 通過對動靜部件測量發(fā)現(xiàn)， 汽輪機的轉(zhuǎn)子與定子不同心， 轉(zhuǎn)子相對于定子向東偏0.50 mm、 向下偏0.20 mm， 轉(zhuǎn)子單邊間隙偏大， 汽輪機本體與高壓端軸承不同心，導(dǎo)致軸承與軸承座接觸面積不夠， 經(jīng)涂抹紅丹檢查發(fā)現(xiàn)接觸面積在40%以下， 軸瓦緊力不夠。 通過比對完全符合之間的狀態(tài)監(jiān)測診斷， 屬于軸瓦部分的問題引起的汽輪機高壓側(cè)軸承振動較大。

3.2 汽輪機的檢修

針對汽輪機軸承座出現(xiàn)的問題決定對軸承座進行常溫點焊修補后， 再進行鏜床加工修復(fù)， 在焊接修復(fù)過程中嚴格采用脈沖焊機連續(xù)電焊， 并始終控制溫度在60 ℃以內(nèi)， 防止軸承座變形。 在鏜床加工過程中以油封端面為基準面， 采用二維坐標鏜床進行加工， 最后留0.02 mm 左右的余量進行手工研磨修復(fù)。 通過修復(fù)， 汽輪機高壓側(cè)軸承座與軸承接觸面積達到了95%以上， 同時對軸承箱與缸體接觸面采用加偏墊的方法找好汽輪機本體的同心度， 最后以汽輪機為基準， 對整個機體重新找正。 檢修后對汽輪機進行試車運行， 汽輪機的振動降到15 μm 以下。

4 總結(jié)

通過對富氣壓縮機組汽輪機高壓端軸承振動進行狀態(tài)監(jiān)測分析， 準確地判斷出汽輪機故障原因、 程度及發(fā)展趨勢， 指導(dǎo)了設(shè)備在生產(chǎn)期間的運行和檢修期間的維修， 保障了生產(chǎn)也減少了檢修工作量。 說明在大型轉(zhuǎn)運設(shè)備日常監(jiān)測維護工作中， 應(yīng)該重視狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在關(guān)鍵設(shè)備運行中的應(yīng)用， 來指導(dǎo)進行設(shè)備預(yù)防性維修和維護， 延長設(shè)備使用周期， 保障裝置穩(wěn)定運行。