催化主風(fēng)機(jī)電機(jī)振動(dòng)高原因分析及對(duì)策

李旺

（中海油惠州石化運(yùn)行五部，廣東惠州 516086）

1 前言

主風(fēng)機(jī)是催化裂化裝置最核心設(shè)備，一方面提供燒焦所需的氧氣；另一方面保證再生器、燒焦罐內(nèi)的催化劑處于流化狀態(tài)；所以主風(fēng)機(jī)一旦停止運(yùn)轉(zhuǎn)，催化裂化裝置必然停工。作為主風(fēng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源，主電機(jī)振動(dòng)高會(huì)給裝置的平穩(wěn)運(yùn)行帶來(lái)隱患。近年來(lái)振動(dòng)故障是電機(jī)比較常見(jiàn)的故障之一，現(xiàn)以主風(fēng)機(jī)組電機(jī)單機(jī)試運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)的比較典型的振動(dòng)異常為例進(jìn)行分析，利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)找出電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)大的原因并予以解決，保障機(jī)組正常運(yùn)行。

2 主電機(jī)基本情況

圖1 主風(fēng)機(jī)布置圖

該機(jī)組為臥式結(jié)構(gòu)，電機(jī)軸瓦為合金澆鑄球面瓦，共設(shè)4個(gè)振動(dòng)探頭，驅(qū)動(dòng)端兩支，非驅(qū)動(dòng)端兩支，采用Bently3300系列。

表1 主電機(jī)試車(chē)參數(shù)

轉(zhuǎn)向（從風(fēng)機(jī)端看電機(jī)） 順時(shí)針潤(rùn)滑油用量 66 L/min電機(jī)總重 71500kg

3 故障分析與故障排除

3.1 電機(jī)試運(yùn)過(guò)程及問(wèn)題發(fā)現(xiàn)

認(rèn)真了解及分析機(jī)器正常運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)數(shù)據(jù)，包括工頻的幅值、相位及其他倍頻的幅值、相位等，對(duì)當(dāng)前設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行觀察和分析時(shí)，應(yīng)與正常運(yùn)行狀態(tài)下的振動(dòng)進(jìn)行比較，注意參數(shù)發(fā)生的變化及變化的程。由于此次是電機(jī)的首次單機(jī)試運(yùn)，故振動(dòng)值要參考相似型號(hào)的經(jīng)驗(yàn)值，此類(lèi)型電機(jī)的振動(dòng)值一般不會(huì)超過(guò)50μm，本電機(jī)的高報(bào)警值為≥75μm，聯(lián)鎖停機(jī)值≥115μm。本電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)之前共試機(jī)四次，振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表：

表2 電機(jī)前四次試機(jī)數(shù)據(jù)表

從表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)電機(jī)連接端徑向軸承振動(dòng)r123VE13491值明顯偏高，由于此時(shí)還沒(méi)有安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)CCS畫(huà)面的趨勢(shì)圖懷疑是油膜震蕩問(wèn)題，所以接下來(lái)的工作是首先確認(rèn)是否為油膜震蕩造成電機(jī)振動(dòng)偏高？

3.2 排除油膜震蕩問(wèn)題

油膜震蕩：油膜振蕩發(fā)生在油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，油膜渦動(dòng)產(chǎn)生后就不消失，隨著工作轉(zhuǎn)速的升高，其渦動(dòng)頻率也不斷增強(qiáng)，振幅也不斷增大。

油膜震蕩形成原因：油膜振蕩是由半速渦動(dòng)發(fā)展而成，即當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至兩倍于第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率重合，使轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)發(fā)生共振性振蕩而引起。

一般解決辦法：

1）提高油溫，降低潤(rùn)滑油的粘度；

2）使軸頸處于較大的偏心率下工作，利用上瓦油壓，使下瓦的載荷加大，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性；

圖2 現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)情況

3）調(diào)整軸承的相對(duì)高度。

現(xiàn)場(chǎng)單機(jī)試運(yùn)雖然電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)高，但用便攜式測(cè)振儀測(cè)量主電機(jī)振幅值并不高，最高為23μm，結(jié)合油膜震蕩產(chǎn)生的原因及特征分析本電機(jī)的振動(dòng)偏高的原因是油膜震蕩引起的可能性極小。由于電機(jī)軸瓦為合金澆鑄球面瓦，軸瓦型式已經(jīng)固定無(wú)法改變，根據(jù)油膜震蕩的特征現(xiàn)場(chǎng)主要進(jìn)行工作有： a、啟動(dòng)油箱加熱器，提高潤(rùn)滑油溫度，降低潤(rùn)滑油粘度；b、調(diào)整軸瓦與軸的間隙，提高軸瓦的相對(duì)高度；c、電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)超過(guò)500r/min后立即停頂升油泵，使油膜更快更好建立；d、停頂升油泵后使頂升油泵出口壓力盡快回零，避免對(duì)油膜建立產(chǎn)生不好影響。但是經(jīng)過(guò)再次試機(jī)振動(dòng)值幾乎沒(méi)有變化，問(wèn)題依然沒(méi)有得到解決，因此排除油膜震蕩問(wèn)題是造成電機(jī)振動(dòng)高的原因。

3.3 進(jìn)一步試機(jī)分析，基本鎖定為動(dòng)不平衡問(wèn)題

接下來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)頻譜發(fā)現(xiàn)1倍頻較高，初步判斷為是轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡造成電機(jī)振動(dòng)高。

動(dòng)平衡：指確定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不平衡量的位置和大小并加以消除的操作。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的不平衡量是因轉(zhuǎn)子各微段的質(zhì)心不嚴(yán)格處于回轉(zhuǎn)軸線上引起的。各微段因質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸線而產(chǎn)生的離心力都垂直于回轉(zhuǎn)軸線。通過(guò)力的合成可把離心力系合成為少數(shù)的集中力，其方向仍垂直于軸線。在測(cè)出不平衡的位置和大小后，或是直接將它去掉，或是在它的對(duì)稱方向加上和它相應(yīng)的質(zhì)量來(lái)平衡它的效應(yīng)，即通過(guò)去重或配重完成動(dòng)平衡。

現(xiàn)場(chǎng)一共做了7次動(dòng)平衡，具體情況如下：

表3 一次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：兩端同向各試加350g，∠45°

表4 二次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：兩端同向各試加220g，∠15°

表5 三次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：在第二次基礎(chǔ)上順轉(zhuǎn)45°，各試加350g，∠15°；350g，∠285°

表6 四次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：在第三次基礎(chǔ)上驅(qū)動(dòng)端聯(lián)軸器臨時(shí)試加110g，∠230°

表7 五次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：復(fù)原第三次狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)端單頭試加310g，∠30°

表8 六次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：保持第五次狀態(tài)，非驅(qū)動(dòng)端單頭試加460g，∠30°

表9 七次配重情況及試車(chē)數(shù)據(jù)：將第六次非驅(qū)動(dòng)端試加的460g逆轉(zhuǎn)至60°，在75°處增加220g

圖3 現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)情況

電機(jī)振動(dòng)的高報(bào)值為75μm，聯(lián)鎖值為115μm，所以電機(jī)最終振動(dòng)值最高70μm依然偏高，為了保障裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行，在經(jīng)過(guò)7次動(dòng)平衡試驗(yàn)后振動(dòng)情況依然沒(méi)有明顯好轉(zhuǎn)的情況下，決定將電機(jī)返廠解體檢查并修復(fù)。

3.4 電機(jī)返廠后處理情況

3.4.1 解體主電機(jī),將機(jī)座截刀,然后進(jìn)行轉(zhuǎn)子調(diào)校，復(fù)測(cè)了軸承間隙等數(shù)據(jù),并將測(cè)振檔和軸瓦檔拋光。具體如下:機(jī)座平面度0.10 mm,機(jī)座中心高1119.80mm（截刀前），截刀后機(jī)座中心高1118.50mm；

3.4.2 轉(zhuǎn)子調(diào)校后復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)的偏差都在相關(guān)規(guī)范要求允許的范圍內(nèi)；

3.4.3 軸承座重新貼絕緣并對(duì)其研磨,然后主電機(jī)回裝,試車(chē)；

軸承絕緣研磨過(guò)程就是將一種特殊涂料涂在軸承最下邊邊緣使之與軸承座充分接觸,來(lái)驗(yàn)證軸承與軸承座接觸良好,軸承絕緣研磨合格。軸承絕緣研磨合格后,主電機(jī)進(jìn)行回裝,試車(chē)過(guò)程振動(dòng)情況如下:

2019年6月12日18:55—19:16完成主電機(jī)第一次試車(chē)。剛到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的數(shù)據(jù)，振動(dòng)最大值100μm；圖4是在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行20分鐘的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)顯示最大振動(dòng)值152μm,最小振動(dòng)值104μm。此時(shí)懷疑是軸承密封圈和盤(pán)根的問(wèn)題,于是拆掉這兩個(gè)部件再次進(jìn)行試機(jī)。

圖4

2019年6月12日20:18—20:48完成主電機(jī)的第二次試車(chē)。試車(chē)數(shù)據(jù)最大振動(dòng)值184μm,最小振動(dòng)值96.5μm。此時(shí)懷疑瓦隙可能在研磨軸承的時(shí)候變化了,于是又拆掉軸瓦重新測(cè)量瓦隙,拆開(kāi)后檢查瓦隙數(shù)據(jù)正常,然后適當(dāng)調(diào)整了下瓦隙,于6月14日14:34—15:44又試了兩次,結(jié)果振動(dòng)值依然很大,最后決定將電機(jī)再次解體檢查轉(zhuǎn)子，測(cè)量轉(zhuǎn)子各項(xiàng)數(shù)據(jù)，重新對(duì)轉(zhuǎn)子校動(dòng)平衡。

電機(jī)廠6月15日將電機(jī)再次解體，解體后仔細(xì)檢查并測(cè)量主軸數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)軸的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端不對(duì)中，偏差1.5道，將驅(qū)動(dòng)端車(chē)掉1.5道后達(dá)到同心條件，這樣就避免了由于主軸的不對(duì)中而產(chǎn)生動(dòng)不平衡造成轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)跳動(dòng)造成電機(jī)振動(dòng)過(guò)高；6月16到19日重新修復(fù)軸瓦間隙，回裝主電機(jī)；6月20日轉(zhuǎn)子軸頭加熱校直，并將之前所加的平衡塊全部拆除重新配重做動(dòng)平衡；21日總裝后再次進(jìn)行試機(jī)，試機(jī)結(jié)果振動(dòng)值達(dá)標(biāo)最高45.7μm。

電機(jī)返回到現(xiàn)場(chǎng)找正后進(jìn)行了單機(jī)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表：

表10 現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)單試振動(dòng)數(shù)據(jù)

單機(jī)試驗(yàn)后進(jìn)行了精找、二次灌漿，之后與主風(fēng)機(jī)聯(lián)合試機(jī)，試機(jī)數(shù)據(jù)如下表：

表11 現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)、主風(fēng)機(jī)聯(lián)合試機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)

表12 現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)、主風(fēng)機(jī)、煙機(jī)三機(jī)組聯(lián)合試機(jī)數(shù)據(jù)：

至此，電機(jī)振動(dòng)高的問(wèn)題得到了根本解決。

4 總結(jié)

從第一次單機(jī)試車(chē)發(fā)現(xiàn)電機(jī)振動(dòng)高后，做了大量工作：現(xiàn)場(chǎng)前期電機(jī)軸瓦進(jìn)行了兩次處理，對(duì)軸瓦頂間隙、瓦背緊力、側(cè)隙、油封間隙幾方面進(jìn)行了調(diào)整。緊接著在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)電機(jī)進(jìn)行了7次試機(jī)找動(dòng)平衡，加上前期的4次試機(jī)，一共進(jìn)行了11次現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)。從現(xiàn)場(chǎng)試機(jī)的數(shù)據(jù)看，主要一倍頻振動(dòng)值偏高，因此把引起電機(jī)振動(dòng)高的主要原因確認(rèn)為轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡。

電機(jī)返廠后解體，將機(jī)座截刀，復(fù)測(cè)各間隙尺寸，將油擋與軸的間隙調(diào)整使之油膜能更好的建立。將側(cè)震擋拋光，軸承貼膜、固化，軸承絕緣研刮。最后發(fā)現(xiàn)主軸的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端不對(duì)中，偏差1.5道，將驅(qū)動(dòng)端車(chē)掉1.5道達(dá)到同心條件，將之前的動(dòng)平衡塊全部拆掉，將聯(lián)軸器重新加工，重新做動(dòng)平衡。

到此電機(jī)的振動(dòng)高的問(wèn)題得到徹底解決，其根本原因就是動(dòng)不平衡問(wèn)題，由于軸的驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端存在不對(duì)中的情況，直接造成轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡進(jìn)而使電機(jī)振動(dòng)超標(biāo)，另外就是動(dòng)平衡做的不夠仔細(xì)、精確，為了找到原因解決問(wèn)題花費(fèi)了大量的人力物力，電機(jī)返廠更是將主風(fēng)機(jī)廠棚拆除，600噸吊車(chē)共使用了5天；電機(jī)廠技術(shù)人員花費(fèi)了10多天時(shí)間將電機(jī)兩次解體處理。因此電機(jī)出廠前的動(dòng)平衡測(cè)試十分重要，一旦出現(xiàn)動(dòng)不平衡情況后期將花費(fèi)太多不必要的人力、物力來(lái)彌補(bǔ)，不僅如此，還會(huì)影響施工進(jìn)度，如不及時(shí)處理，為將來(lái)裝置的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行埋下隱患，因此電機(jī)轉(zhuǎn)子前期的動(dòng)平衡試驗(yàn)務(wù)必仔細(xì)、精確。