大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟機(jī)階段故障診斷

李 泉，陳亞軍，李 彪，王利軍，米 賽，牛亞通

（北京首鋼股份有限公司，河北遷安 064404）

引言

冶金企業(yè)中高爐鼓風(fēng)機(jī)、發(fā)電、制氧等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械均為關(guān)鍵設(shè)備，實(shí)際生產(chǎn)中這些設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)大中修或突發(fā)性跳機(jī)后，多次啟機(jī)失敗的案例，如何在短時間內(nèi)解決問題并盡快啟機(jī)，不僅直接影響企業(yè)正常生產(chǎn)和的經(jīng)濟(jì)效益，同時也是對檢修過程質(zhì)量、企業(yè)設(shè)備技術(shù)水平和專業(yè)人員技術(shù)能力的考驗(yàn)。

1 大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備啟機(jī)階段故障類型

根據(jù)歷史案例統(tǒng)計，大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備啟機(jī)失敗故障有以下類型：

1.1 動不平衡

（1）檢修期間轉(zhuǎn)子軸長期靜置，受自重產(chǎn)生彎曲變形產(chǎn)生的動不平衡。

（2）長時間檢修后急于啟機(jī)，啟機(jī)前轉(zhuǎn)子盤車時間不夠，轉(zhuǎn)子存在動不平衡。

（3）啟機(jī)運(yùn)行時暖機(jī)時間不夠，加載過快，轉(zhuǎn)子軸熱變形造成彎曲，轉(zhuǎn)子存在熱不平衡。

1.2 動靜碰磨

檢修過程中不合理的氣封、油封或軸瓦間隙造成的動靜碰磨后，轉(zhuǎn)子軸熱彎曲后的動不平衡。

2 典型案例

首鋼股份制氧2#增壓機(jī)于2006 年12 月開始投用，主要為煉鋼吹煉工藝、高爐煉鐵工藝提供充足的氧氣，該設(shè)備為德國MAN 公司制造，電機(jī)轉(zhuǎn)速1 492 r/min，末級轉(zhuǎn)速25 651 r/min，出口流量34 100 m3/h，最大吸入壓力2.0 MPa，七級后最大排出壓力6.7 MPa，齒輪箱小齒輪軸振動VT7231/7241跳機(jī)值為27μm。2#增壓機(jī)測點(diǎn)總貌圖見圖1。

圖1 2#增壓機(jī)測點(diǎn)總貌圖

2.1 故障經(jīng)過

2#增壓機(jī)組2020 年11 月13 日中修完畢，圖2振動趨勢圖顯示13日、14日開機(jī)運(yùn)行時間段內(nèi)連續(xù)4次啟機(jī)失敗，4 次失敗的原因均為增壓機(jī)四軸7241B 測點(diǎn)振幅先超過停機(jī)值27 μm 跳機(jī)，15 日經(jīng)過檢查處理后啟機(jī)成功。5次啟機(jī)情況如下：

第1 次：13 日11：49：33 開機(jī)，12：04：48 跳機(jī)，7241B測點(diǎn)振動55.5 μm。

第2 次：13 日13：03：27 開機(jī)，13：55：36 跳機(jī)，7241B測點(diǎn)振動58.5 μm。

第3 次：13 日20：21：47 開機(jī)，20：51：09 跳機(jī)，7241B測點(diǎn)振動63.3 μm。

第4 次：14 日16：05：51 開機(jī)，20：56：01 跳機(jī)，7241B測點(diǎn)振動57.8 μm。

第5 次：15 日14：25：53 開機(jī)，啟機(jī)成功，7241B測點(diǎn)振動14.9μm。

2.2 故障分析

本次大修完畢后，2#增壓機(jī)由制氧車間組織啟機(jī)，前4次啟機(jī)主要情況如下：

（1）第1 次啟機(jī)失敗懷疑是探頭原因造成的假振，經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)問題后第2次啟機(jī)仍未成功。

（2）第3 次啟機(jī)按轉(zhuǎn)子軸長時間檢修由于自重產(chǎn)生的臨時性彎曲考慮，但經(jīng)過大約6 h 盤車后仍啟機(jī)失敗。

（3）第4次啟機(jī)失敗懷疑是轉(zhuǎn)子盤車時間不夠，轉(zhuǎn)子軸仍存在較大的臨時性彎曲，通過17 h 的長時間盤車后，仍未解決問題。

前4 次啟機(jī)過程均告失敗后，制氧車間請求公司專業(yè)診斷技術(shù)人員通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測與障診斷系統(tǒng)進(jìn)行診斷，經(jīng)分析前4 次啟機(jī)失敗過程及故障原因相同，下面診斷分析以11月13日第1次啟機(jī)過程為例，具體情況如下：

2.2.1 啟停機(jī)Bode圖分析

13 日第一次啟機(jī)失敗過程分析，圖2 中7241 測點(diǎn)啟機(jī)過程振動趨勢顯示，11：49 開機(jī)，12：05 過臨界時振動35.2 μm超過停機(jī)值跳機(jī)。

圖2 測點(diǎn)7241B 5次啟機(jī)過程振動趨勢圖

啟停機(jī)Bode 圖顯示，圖3 中啟機(jī)過程通過臨界時7241A 最大振值25.6 μm，跳機(jī)后最大振值35.7μm，圖4 中7241B 啟機(jī)過程通過臨界時最大振值27.8 μm，跳機(jī)后最大振值39.6 μm。

圖3 測點(diǎn)7241A啟停機(jī)Bode圖

圖4 Bode 圖可以看出，停機(jī)曲線遠(yuǎn)離啟機(jī)曲線，2 個測點(diǎn)的停機(jī)過程振動最高值均遠(yuǎn)大于啟機(jī)過程臨界轉(zhuǎn)速時最大振值，說明很可能是發(fā)生了轉(zhuǎn)子受熱不均產(chǎn)生熱彎曲。

圖4 測點(diǎn)7241B啟停機(jī)Bode圖

2.2.2 工頻振動趨勢分析

圖5 顯示第一次啟機(jī)測點(diǎn)7241B 工頻振動趨勢顯示，工頻振動趨勢與振動相位呈鋸齒形同步波動，說明4軸出現(xiàn)動靜碰磨的征兆，具體部位可能是軸與氣封、軸與軸瓦。

圖5 測點(diǎn)7241B工頻振動趨勢

2.2.3 軸心軌跡分析

圖6 第一次啟機(jī)顯示7241 瓦位軸心軌跡呈現(xiàn)反進(jìn)動現(xiàn)象，很可能是7241瓦位產(chǎn)生動靜碰磨后造成油膜渦動。

圖6 7241測點(diǎn)軸心軌跡圖

2.2.4 波形頻譜分析

圖7 中第一次啟機(jī)7241B 波形頻譜圖顯示，頻譜上除了轉(zhuǎn)子工頻外，還存在豐富的的高次諧波成分，同時還出現(xiàn)0.5倍頻、0.69倍頻等分?jǐn)?shù)諧波，說明極有可能出現(xiàn)軸與氣封摩擦。

圖7 測點(diǎn)7241B測點(diǎn)波形頻譜圖

2.2.5 診斷結(jié)論

制氧2#增壓機(jī)啟機(jī)過程中四軸發(fā)生了碰磨和軸彎曲，分析認(rèn)為是轉(zhuǎn)軸與氣封或軸瓦長時間碰磨后過熱，造成轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生熱彎曲。對之后的3 次啟機(jī)失敗過程進(jìn)行分析，與上述第一次啟機(jī)過程失敗診斷結(jié)果一致。

2.2.6 故障原因

通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測與障診斷系統(tǒng)進(jìn)行分析，前4 次啟機(jī)失敗過程故障原因相同，主要原因如下：

按檢修技術(shù)要求四軸VT7241 部位氣封間隙標(biāo)準(zhǔn)為0.55～0.65 mm，解體后實(shí)際測量為0.47 mm，小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

現(xiàn)場了解本次檢修過程中四軸VT7241 部位更換了新的氣封，現(xiàn)場檢修人員忽略了對新氣封的尺寸的檢查復(fù)核，導(dǎo)致啟機(jī)過程中氣封與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈摩擦后轉(zhuǎn)子軸局部溫度驟升，產(chǎn)生熱彎曲導(dǎo)致動不平衡，最終造成振動超過停機(jī)值后跳機(jī)。

3 措施及效果

停機(jī)對增壓機(jī)解體檢查，按技術(shù)要求檢查調(diào)整四軸氣封間隙，由0.47 mm 調(diào)整至0.57 mm，同時對其他部位氣封間隙進(jìn)行檢查復(fù)核。

故障處理完成后，15日14∶25再次啟機(jī)后成功，7241 兩個測點(diǎn)振值分別穩(wěn)定在為14.9 μm 和17 μm左右。

4 結(jié)語

通過在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)從多種角度對制氧2#增壓機(jī)4 次啟機(jī)失敗故障進(jìn)詳細(xì)的分析診斷，有針對性地制定了整改措施并取得了良好的效果，該案例可對冶金發(fā)電、高爐鼓風(fēng)機(jī)等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械啟停機(jī)故障診斷提供借鑒。