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)
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)。
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)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。
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。
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#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。
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)。
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。
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。