煙機(jī)振動(dòng)異常的原因分析及診斷

潘高峰

（大慶煉化公司設(shè)備監(jiān)測(cè)中心，黑龍江 大慶 163411）

一、簡(jiǎn)介

大慶煉化公司兩套催化裝置三機(jī)組K10101由煙機(jī)、軸流壓縮機(jī)、增速箱和電機(jī)組成，擔(dān)負(fù)著向催化劑再生器提供燒焦用風(fēng)的任務(wù)，同時(shí)采用電動(dòng)—發(fā)電機(jī)發(fā)電以實(shí)現(xiàn)能量的回收。它是二套催化裝置的核心設(shè)備，煙氣輪機(jī)型號(hào)YLⅡ-10000K，轉(zhuǎn)速5 800r/min，功率11 054kW，入口溫度650℃，出口溫度471℃，入口壓力0.20MPa，出口壓力0.106MPa，流量142 200m3/h。煙機(jī)和軸流壓縮機(jī)采用膜片聯(lián)軸器聯(lián)接，其測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖1。

二、振動(dòng)分析及診斷

1.振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象和特征

2008年7月20日，煙機(jī)檢修后啟機(jī)運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)平穩(wěn)良好。該機(jī)組正常運(yùn)行到9月26日4時(shí)23分33秒時(shí)，煙機(jī)前后軸承、風(fēng)機(jī)前后軸承的振動(dòng)開(kāi)始波動(dòng)，緩慢上升，到4時(shí)24分30秒時(shí)，煙機(jī)后軸承X1803A/B、風(fēng)機(jī)后軸承X1805A/B的振動(dòng)突增，在24分33秒時(shí)，煙機(jī)后軸承X1803B、風(fēng)機(jī)后軸承X180B振動(dòng)分別達(dá)到48μm、74μm，之后振動(dòng)下降，在24分51秒時(shí)，振動(dòng)急劇下降，在28分33秒時(shí)，各點(diǎn)振動(dòng)幅值基本恢復(fù)正常，趨勢(shì)圖見(jiàn)圖2。

振動(dòng)波動(dòng)過(guò)程中的特征見(jiàn)圖3~圖7，從特征圖中看出，異常波動(dòng)時(shí)：一倍頻幅值和相位發(fā)生改變；煙機(jī)后振X1803A/B、風(fēng)機(jī)后振X1805A/B的二倍頻振動(dòng)幅值顯著增大；煙機(jī)后振動(dòng)X1803A/B的一倍頻軌跡為反進(jìn)動(dòng)；煙機(jī)、風(fēng)機(jī)位移值變化后，恢復(fù)正常值。

2.振動(dòng)波動(dòng)原因分析及診斷

從煙機(jī)、風(fēng)機(jī)的振動(dòng)波動(dòng)現(xiàn)象及特征分析看，波動(dòng)時(shí)以二倍頻變化為主，同時(shí)工頻的幅值和相位發(fā)生變化，軌跡為反進(jìn)動(dòng)。應(yīng)用反向推理方法，結(jié)合煙機(jī)常見(jiàn)的動(dòng)靜碰摩、不平衡、殼體變形、不對(duì)中等故障，二倍頻變化有以下幾種情況：轉(zhuǎn)子裂紋、部件松動(dòng)、聯(lián)軸器不對(duì)中或?qū)χ懈淖儭５凑照駝?dòng)機(jī)理分析：（1）轉(zhuǎn)子有裂紋時(shí)，振動(dòng)帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)頻的二倍頻、三倍頻等高倍分量，隨裂紋擴(kuò)展，剛度進(jìn)一步下降，一倍頻、二倍頻等頻率幅值隨之增大，同時(shí)一倍頻、二倍頻相位角異常波動(dòng)。 （2）部件松動(dòng)包括軸承在軸承座中松動(dòng)和固定在軸上的零部件松動(dòng)，將始終保持一倍頻和二倍頻頻率的振動(dòng)，且極不穩(wěn)定。（3） 聯(lián)軸器不對(duì)中，由不對(duì)中引起的振動(dòng)主要特點(diǎn)：①聯(lián)軸器兩側(cè)軸承振動(dòng)大；②表現(xiàn)在軸向振動(dòng)大；③特征頻率為二倍頻，同時(shí)常伴有一倍頻和三倍頻等倍頻。煙機(jī)和風(fēng)機(jī)間的膜片聯(lián)軸器發(fā)生平行不對(duì)中或角度不對(duì)中，隨著不對(duì)中量的增大，頻譜中工頻成分的幅值變化不大，而二倍頻幅值增加最為明顯。

由上述分析知，機(jī)組存在摩擦和聯(lián)軸器對(duì)中狀態(tài)變化故障。但從振動(dòng)異常波動(dòng)后，二倍頻幅值和位移恢復(fù)原值的現(xiàn)象，可排除聯(lián)軸器本身出現(xiàn)故障，原因?yàn)闊煓C(jī)首先發(fā)生動(dòng)靜摩擦，影響聯(lián)軸器受力，使聯(lián)軸器對(duì)中狀態(tài)變化。

振動(dòng)幅值異常波動(dòng)后，只是一倍頻的幅值和相位有變化，即動(dòng)平衡狀態(tài)改變外，其他異常狀態(tài)能完全恢復(fù)，分析認(rèn)為碰摩為外物進(jìn)入煙機(jī)，隨機(jī)造成摩擦所致，所以繼續(xù)觀察機(jī)組運(yùn)行。運(yùn)行至10月13日19時(shí)14分，機(jī)組振動(dòng)再次出現(xiàn)波動(dòng)（圖8），波動(dòng)持續(xù)40min。為防止機(jī)組出現(xiàn)重大事故，煙機(jī)決定停機(jī)解體，檢查發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器在煙機(jī)側(cè)的一組受拉膜片全部斷裂，一動(dòng)葉片根部鎖緊銷(xiāo)釘從榫槽中脫出，靜葉輪盤(pán)上部有3cm長(zhǎng)周向摩擦痕跡。

煙機(jī)為單級(jí)懸臂結(jié)構(gòu)（圖9），轉(zhuǎn)子由前軸承1號(hào)瓦、后軸承2號(hào)瓦支撐，1號(hào)瓦負(fù)載重，2號(hào)瓦負(fù)載輕。煙機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，與輪盤(pán)發(fā)生周期性碰摩，其速度總是在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期里發(fā)生一次“快—慢—快”的變化，即轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，發(fā)生一次摩擦，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度也是每轉(zhuǎn)一周發(fā)生一次周期性變化。摩擦位置在葉片根部的靜葉輪盤(pán)處，該處摩擦力的作用相當(dāng)于附加了一個(gè)垂直于摩擦面的分力，這將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子以1號(hào)瓦為支點(diǎn)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，使煙機(jī)轉(zhuǎn)子軸線與幾何中心軸線產(chǎn)生一定的夾角，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在2號(hào)瓦處發(fā)生錐形擾動(dòng)，產(chǎn)生角不對(duì)中現(xiàn)象，從而出現(xiàn)二倍頻振動(dòng)，以致2號(hào)瓦振動(dòng)幅值過(guò)大，二倍頻幅值隨碰摩程度的變化而變化。

另外，在每次碰摩時(shí)，膜片聯(lián)軸器受到峰值扭矩作用，使受拉膜片承擔(dān)的扭矩增大，所受拉力增大，拉伸應(yīng)力增大。同時(shí)，由于軸線偏斜產(chǎn)生偏心彎矩，使膜片產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。而且軸每轉(zhuǎn)一周，拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力循環(huán)交變一次，膜片疲勞損壞，由于承載膜片數(shù)逐步減少及受力不均勻，整組膜片逐漸被拉斷，在短期內(nèi)失效，振動(dòng)波動(dòng)頻率加大，時(shí)間加長(zhǎng)。

三、結(jié)論

在本案例中，由于有軸向摩擦和聯(lián)軸器失效等多種故障，同時(shí)振動(dòng)現(xiàn)象與故障特征并不完全相符，為診斷帶來(lái)一定難度。雖然解體檢查，驗(yàn)證了摩擦故障，但實(shí)際情況為煙機(jī)動(dòng)葉鎖緊銷(xiāo)釘軸向竄出，與靜葉輪盤(pán)接觸所致，非外物進(jìn)入煙機(jī)。所以在進(jìn)行故障診斷時(shí)，應(yīng)考慮所有可能的情況，才能做出正確的診斷。

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