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)
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
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。
(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。
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。
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
(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。
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。
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
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。