TRT 透平機(jī)常見(jiàn)振動(dòng)問(wèn)題與排除

王從宅，伊成志

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

壓差發(fā)電機(jī)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(jié)能減排的推進(jìn)，壓差發(fā)電在鋼鐵行業(yè)的地位變得越來(lái)越重要，機(jī)組能否平穩(wěn)運(yùn)行直接關(guān)系到企業(yè)的能耗及經(jīng)濟(jì)效益，而振動(dòng)過(guò)高是造成機(jī)組停車檢修的重要原因，研究透平機(jī)組振動(dòng)原因及處理措施顯得尤為重要。

1 TRT 機(jī)組的生產(chǎn)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(fā)電裝置）系統(tǒng)2004 年投產(chǎn)，TRT裝置主體設(shè)備由勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)、透平機(jī)構(gòu)成，輔助系統(tǒng)由進(jìn)出口閥門系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、高/低發(fā)配電系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等七大系統(tǒng)組成。高爐產(chǎn)生的煤氣，由爐頂煤氣立管進(jìn)入集氣管，然后經(jīng)重力除塵器、旋風(fēng)除塵，進(jìn)入TRT 裝置；經(jīng)入口碟閥、入口插板閥、快切閥進(jìn)入透平機(jī)，經(jīng)透平機(jī)后煤氣溫度、壓力降低，能量轉(zhuǎn)化為透平機(jī)機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；自透平機(jī)出來(lái)的煤氣，進(jìn)入低壓管網(wǎng)，最終進(jìn)入能環(huán)系統(tǒng)煤氣柜，供全廠煤氣調(diào)節(jié)使用（圖1）。該透平機(jī)額定輸出功率5193 kW，進(jìn)口設(shè)計(jì)流量210 000 Nm3/h，進(jìn)口設(shè)計(jì)壓力150 kPa，進(jìn)口溫度150 ℃。

圖1 TRT 工藝流程

2 透平機(jī)組振動(dòng)高的原因

2.1 動(dòng)平衡狀況差

高爐煤氣經(jīng)重力及干法除塵后，仍然有一定粉塵含量，運(yùn)行過(guò)程中會(huì)逐漸在轉(zhuǎn)子葉片上結(jié)垢，到達(dá)一定厚度后不均勻脫落，影響動(dòng)平衡，這是造成透平機(jī)振動(dòng)逐漸升高的主要原因。

2.2 油膜渦動(dòng)引起的低頻振動(dòng)

油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承工作時(shí)，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(shí)起到潤(rùn)滑、冷卻作用。軸徑高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(dòng)軸繞軸瓦中心轉(zhuǎn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為油膜渦動(dòng)。如果軸承穩(wěn)定性不好，會(huì)導(dǎo)致油膜渦動(dòng)，引起低頻振動(dòng)，其振動(dòng)頻率一般為0.4～0.6 倍頻。低頻振動(dòng)產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子振動(dòng)不合拍的激振力，降低軸、軸瓦的使用壽命，使轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移增大，可能引起軸瓦的錫合金脫落，導(dǎo)致軸頸磨損或斷裂，嚴(yán)重時(shí)可造成葉片折斷，釀成重大設(shè)備、安全事故。

2.3 電機(jī)轉(zhuǎn)子與透平機(jī)轉(zhuǎn)子不同心造成的振動(dòng)

理想狀態(tài)下透平機(jī)轉(zhuǎn)子與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸心應(yīng)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(jī)組運(yùn)行后透平機(jī)做功介質(zhì)為高爐煤氣，溫度較高，由于熱脹冷縮原因，透平機(jī)轉(zhuǎn)子中心高會(huì)比機(jī)組運(yùn)行前有所抬升。因此，安裝時(shí)應(yīng)讓透平機(jī)轉(zhuǎn)子軸心比發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸心略低，但實(shí)際情況復(fù)雜，低多少在量上不好掌握，可能造成振動(dòng)。

2.4 工況變化過(guò)大引起的振動(dòng)增大

機(jī)組在平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)情況下已經(jīng)形成了平衡狀態(tài)，當(dāng)外界工況緩慢變化時(shí)，機(jī)組可以緩慢適應(yīng)，達(dá)到新的平衡；當(dāng)外界工況，如溫度等變化過(guò)快，則可能造成熱脹冷縮不均勻，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與透平機(jī)之間定心變差，導(dǎo)致振動(dòng)升高。

3 振動(dòng)問(wèn)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(jī)振動(dòng)的有效措施之一。透平機(jī)、發(fā)電機(jī)軸承直接影響兩軸的平行度，軸承若選擇不合理，會(huì)造成軸系振動(dòng)加劇，縮短軸承使用壽命。軸承座壓蓋與軸瓦過(guò)盈量是否合理也是保證透平機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一，過(guò)盈量過(guò)小時(shí)壓緊力低，易造成振動(dòng)；過(guò)盈量過(guò)大會(huì)降低頂部間隙，不利于潤(rùn)滑。有些鉗工刮研軸瓦時(shí)，控制軸與軸瓦的接觸角度為60°，這樣效果并非最好（圖2）。實(shí)踐證明，軸和軸瓦應(yīng)是接觸一條線，才能形成供流體潤(rùn)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(jìn)行修復(fù)，工作效率低，修復(fù)效果依賴刮研人員經(jīng)驗(yàn)，質(zhì)量沒(méi)有保證，易造成透平機(jī)的振動(dòng)。為保證油膜質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先選用成型備件，保證透平機(jī)軸承的質(zhì)量要求，這是消除油膜半波渦動(dòng)的最好辦法。

3.2 定期除垢、探傷、動(dòng)平衡

透平機(jī)轉(zhuǎn)子長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)由于各種原因受到損傷，影響動(dòng)平衡，如受到含粉塵氣流沖刷導(dǎo)致葉片不均勻變薄、不均勻結(jié)垢、含酸冷凝水腐蝕。由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中腐蝕、結(jié)垢并不均勻，致使轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡遭到破壞，轉(zhuǎn)子的不平衡超過(guò)要求時(shí)會(huì)造成透平機(jī)的振動(dòng)加大，損傷軸瓦、葉片。因此，應(yīng)在透平機(jī)日常運(yùn)行過(guò)程中噴阻垢緩蝕劑減少透平機(jī)結(jié)垢、降低葉片腐，并定期檢修透平機(jī)，清理轉(zhuǎn)子，做動(dòng)平衡，以降低啟機(jī)后轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

圖2 TRT 透平機(jī)瓦面接觸情況

圖3 TRT 透平機(jī)頻譜分析

3.3 在線分析設(shè)備運(yùn)行狀況

將時(shí)域信號(hào)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(wú)需拆卸設(shè)備，可在線對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)頻率、幅值進(jìn)行分析，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判斷故障產(chǎn)生的原因及部位。對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析可以獲得很多有用信息，如獲得動(dòng)態(tài)信號(hào)中的各個(gè)頻率成分和頻率分布范圍、各個(gè)頻率成分的幅值分布和能量分布，再進(jìn)行比對(duì)分析即可得到主要幅度和能量分布的頻率值。根據(jù)頻譜分布可以判斷振動(dòng)原因，進(jìn)而做出預(yù)防性措施。

4 結(jié)論

本文分析了引起透平機(jī)振動(dòng)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(dòng)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(duì)性，降低了檢修成本，減少了檢修時(shí)間。