2#TRT動靜碰磨故障診斷

陳亞軍，李 泉

（1 北京首鋼股份有限公司能源部；2 北京首鋼股份有限公司設(shè)備部，河北遷安，064404）

引言

某鋼廠2#TRT 發(fā)電機組，2007 年2 月作為2#高爐配套完善項目投產(chǎn)運行，透平機為軸流反動式，級數(shù)為二級，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min，臨界轉(zhuǎn)速1 850 r/min，進(jìn)口壓力0.196 MPa，出口壓力11 kPa，結(jié)構(gòu)形式為二級雙支撐式，主體由定子、轉(zhuǎn)子、底座等組成。透平與發(fā)電機用剛性聯(lián)軸器直聯(lián)。機組利用2#高爐產(chǎn)生的煤氣余熱、余壓，通過透平機膨脹做功帶動發(fā)電機發(fā)電，不消耗煤氣也不降低煤氣品質(zhì)。

2#TRT 發(fā)電機組主要結(jié)構(gòu)及測點分布如圖1所示。

圖1 2#TRT發(fā)電機組主要結(jié)構(gòu)及測點分布示意圖

1 故障現(xiàn)象描述

2017 年1 月至2018 年2 月，2#TRT 現(xiàn)場DCS 監(jiān)控顯示透平排氣側(cè)202A、202B 一直出現(xiàn)測點振動異?，F(xiàn)象，兩個測點振值在15～80 μm之間頻繁大幅波動并報警，存在安全隱患。公司診斷小組采用多次離線監(jiān)測分析均未發(fā)現(xiàn)問題，爾后又把懷疑重點放在自動化系統(tǒng)上，通過對信號電纜接線端子松動情況，傳感器和延伸電纜接插件的接觸情況多次排查未發(fā)現(xiàn)問題后，又對信號傳輸電纜、傳感器全部進(jìn)行了更換，依然無果，只能繼續(xù)帶病運行。

2 第一次診斷分析及處理

2.1 故障分析

（1）IMO1000 系統(tǒng)為陜鼓研發(fā)的在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在線智能采集并存儲機組振動、轉(zhuǎn)速、工藝量等信號，通過局域網(wǎng)向服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)，為工廠設(shè)備管理和診斷人員提供專用診斷圖譜與報表。2018 年1 月18 日在2#TRT 投用，通過該系統(tǒng)通頻振動趨勢圖（見圖2）顯示，202A、202B測點振動在15～107 μm之間大幅波動，接近報警值，存在嚴(yán)重的安全隱患。

圖2 202A、202B測點通頻振動趨勢圖

（2）1 月18 日-2 月5 日，一倍頻振動趨勢（見圖3）顯示，透平排氣側(cè)202A、202B 測點振動與相位同步大幅波動，202B 測點相位波動更明顯。說明有動靜碰磨的可能。

圖3 202A、202B測點一倍頻振動趨勢圖

（3）透平機進(jìn)氣側(cè)201 瓦位和排氣側(cè)202 瓦位軸心軌跡顯示：轉(zhuǎn)子的渦動方向和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動角速度方向相反，軸心軌跡呈明顯呈反進(jìn)動現(xiàn)象。

（4）透平機進(jìn)氣側(cè)201瓦位軸心位置圖（見圖4）和排氣側(cè)202瓦位軸心位置圖（見圖5）顯示。

圖4 透平機進(jìn)氣側(cè)201瓦位測點軸心位置圖

圖5 透平機排氣側(cè)202瓦位測點軸心位置圖

透平機軸心位置變化范圍較大，說明轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性較差，軸心一直在軸瓦中上下及左右變化。

2.2 故障診斷及措施

診斷結(jié)論：綜合以上分析，2#TRT透平機進(jìn)氣側(cè)與排氣側(cè)存在嚴(yán)重的動靜碰磨。

故障可能原因：軸與軸瓦配合間隙存在問題；軸瓦表面存在缺陷；潤滑油存在問題。

整改措施：利用2#高爐檢修機會，對機組潤滑油指標(biāo)重新化驗分析；對透平機揭瓦檢查，重點復(fù)核軸瓦配合間隙，檢查軸瓦表面碰磨情況及軸瓦缺陷。

2.3 整改處理情況及效果

2018 年2 月6 日，利用2#高爐檢修機會對機組潤滑油重新取樣送檢，經(jīng)過理化分析潤滑油指標(biāo)在合格范圍內(nèi)，可排除潤滑油存在問題因素；停機對2#TRT 透平排氣側(cè)軸瓦進(jìn)行了揭蓋檢查。圖6 可以看出202 上瓦有明顯的剮蹭痕跡，復(fù)核瓦頂間隙為0.29 mm道偏下限。

圖6 檢修拆下的排氣側(cè)202軸承上瓦剮蹭情況

軸瓦間隙處理：對上瓦剮蹭處進(jìn)行刮研處理，瓦頂間隙由原來的0.29 mm 增加至0.34 mm，瓦蓋緊力控制在5道左右。

整改效果：檢修結(jié)束2 月6 日起機，圖7 可以看出，測點202A、202B 在軸瓦刮研后振動值均穩(wěn)定在20 μm左右，通頻振值較處理前有大幅下降。

圖7 軸瓦刮研整改前后排氣側(cè)202軸承振動情況對比

3 第二次診斷分析及處理

3.1 故障分析

（1）2#TRT透平機測點VT202A、VT202B自2018年3 月12 日起，振動趨勢又有增大的趨勢，如圖8所示。

圖8 透平機2月6日-5月8日202測點通頻振動趨勢圖

機組于2018 年5 月9 日開機至7 月30 日停機檢修，如圖9 所示，通頻振動出現(xiàn)了很多毛刺，透平機繼續(xù)出現(xiàn)振動波動現(xiàn)象，測點VT202B 最高振動超過90 μm，測點VT202A 最高振動超過80 μm，頻譜能量及波動以1X為主。

圖9 透平機5月9日-7月30日VT202測點通頻振動趨勢圖

（2）透平機一倍頻振動趨勢如圖10 所示，透平機一倍頻振動和相位同步波動，透平機排氣側(cè)軸心軌跡又出現(xiàn)明顯反進(jìn)動現(xiàn)象，說明透平機轉(zhuǎn)子和密封、軸承之間仍然存在碰磨故障。

圖10 透平機VT202測點1X頻振動趨勢圖

（3）通過2018 年5 月8 日透平機排氣側(cè)停機伯德圖與2018年5月9日透平機排氣側(cè)啟機伯德圖對比查看，幅值和相位都差別較大，說明轉(zhuǎn)子存在軸彎曲故障。

3.2 故障診斷及措施

在第一次透平機軸瓦間隙處理后，碰磨問題繼續(xù)出現(xiàn)，說明透平機轉(zhuǎn)子軸彎曲故障是導(dǎo)致碰磨問題的主因。對于轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)不好，存在較大的動撓度[1]，當(dāng)不平衡和動靜碰磨同時存在時，應(yīng)首先更換新轉(zhuǎn)子或重新做動平衡，平衡狀況改善后，轉(zhuǎn)子激振力減小，有利于消除碰磨。

整改措施：在第一次故障診斷處理（重新化驗機組潤滑油指標(biāo)正常，重新調(diào)整透平機軸瓦配合間隙、瓦蓋緊力并對軸瓦進(jìn)行刮研處理后）碰磨故障繼續(xù)出現(xiàn)，判斷轉(zhuǎn)子發(fā)生永久軸彎曲變形是導(dǎo)致碰磨發(fā)生的根本原因，結(jié)合2018年8月1日停機檢修，對產(chǎn)生塑性彎曲變形的透平機轉(zhuǎn)子進(jìn)行了更換。

3.3 整改效果

2#壓差發(fā)電機組2018 年9 月18 日凌晨順利啟機，從開機后運行情況看透平機軸心軌跡呈正進(jìn)動，消除了反進(jìn)動現(xiàn)象；如圖11所示，檢修后軸心位置趨于穩(wěn)定，徹底消除了碰磨故障。

圖11 透平機更換轉(zhuǎn)子前、后軸心位置圖

4 結(jié)論

碰磨是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生非常復(fù)雜的振動，對其現(xiàn)場診斷有一定難度。輕者使得機組出現(xiàn)強烈振動，嚴(yán)重的可以造成轉(zhuǎn)軸永久性彎曲，甚至整個軸系毀壞。另外由于碰磨需要開缸處理，對大型機組來說工作量較大，要求碰磨的診斷應(yīng)該有高準(zhǔn)確性[2]。因此，碰磨的準(zhǔn)確分析診斷無疑會有效地提高機組運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，防止重大事故發(fā)生。同時，首鋼股份公司2#TRT 透平機的碰磨故障診斷對冶金企業(yè)同類大型旋轉(zhuǎn)機械的故障分析也起到了借鑒作用。