烟机振动异常的原因分析及诊断

2010-05-04潘高峰

中国设备工程 2010年8期

潘高峰

（大庆炼化公司设备监测中心，黑龙江大庆 163411）

一、简介

大庆炼化公司两套催化装置三机组K10101由烟机、轴流压缩机、增速箱和电机组成，担负着向催化剂再生器提供烧焦用风的任务，同时采用电动—发电机发电以实现能量的回收。它是二套催化装置的核心设备，烟气轮机型号YLⅡ-10000K，转速5 800r/min，功率11 054kW，入口温度650℃，出口温度471℃，入口压力0.20MPa，出口压力0.106MPa，流量142 200m3/h。烟机和轴流压缩机采用膜片联轴器联接，其测点布置见图1。

二、振动分析及诊断

1.振动波动现象和特征

2008年7月20日，烟机检修后启机运行，机组振动平稳良好。该机组正常运行到9月26日4时23分33秒时，烟机前后轴承、风机前后轴承的振动开始波动，缓慢上升，到4时24分30秒时，烟机后轴承X1803A/B、风机后轴承X1805A/B的振动突增，在24分33秒时，烟机后轴承X1803B、风机后轴承X180B振动分别达到48μm、74μm，之后振动下降，在24分51秒时，振动急剧下降，在28分33秒时，各点振动幅值基本恢复正常，趋势图见图2。

振动波动过程中的特征见图3~图7，从特征图中看出，异常波动时：一倍频幅值和相位发生改变；烟机后振X1803A/B、风机后振X1805A/B的二倍频振动幅值显著增大；烟机后振动X1803A/B的一倍频轨迹为反进动；烟机、风机位移值变化后，恢复正常值。

2.振动波动原因分析及诊断

从烟机、风机的振动波动现象及特征分析看，波动时以二倍频变化为主，同时工频的幅值和相位发生变化，轨迹为反进动。应用反向推理方法，结合烟机常见的动静碰摩、不平衡、壳体变形、不对中等故障，二倍频变化有以下几种情况：转子裂纹、部件松动、联轴器不对中或对中改变。但按照振动机理分析：（1）转子有裂纹时，振动带有非线性性质，出现转频的二倍频、三倍频等高倍分量，随裂纹扩展，刚度进一步下降，一倍频、二倍频等频率幅值随之增大，同时一倍频、二倍频相位角异常波动。（2）部件松动包括轴承在轴承座中松动和固定在轴上的零部件松动，将始终保持一倍频和二倍频频率的振动，且极不稳定。（3）联轴器不对中，由不对中引起的振动主要特点：①联轴器两侧轴承振动大；②表现在轴向振动大；③特征频率为二倍频，同时常伴有一倍频和三倍频等倍频。烟机和风机间的膜片联轴器发生平行不对中或角度不对中，随着不对中量的增大，频谱中工频成分的幅值变化不大，而二倍频幅值增加最为明显。

由上述分析知，机组存在摩擦和联轴器对中状态变化故障。但从振动异常波动后，二倍频幅值和位移恢复原值的现象，可排除联轴器本身出现故障，原因为烟机首先发生动静摩擦，影响联轴器受力，使联轴器对中状态变化。

振动幅值异常波动后，只是一倍频的幅值和相位有变化，即动平衡状态改变外，其他异常状态能完全恢复，分析认为碰摩为外物进入烟机，随机造成摩擦所致，所以继续观察机组运行。运行至10月13日19时14分，机组振动再次出现波动（图8），波动持续40min。为防止机组出现重大事故，烟机决定停机解体，检查发现联轴器在烟机侧的一组受拉膜片全部断裂，一动叶片根部锁紧销钉从榫槽中脱出，静叶轮盘上部有3cm长周向摩擦痕迹。

烟机为单级悬臂结构（图9），转子由前轴承1号瓦、后轴承2号瓦支撑，1号瓦负载重，2号瓦负载轻。烟机转子运转过程中，与轮盘发生周期性碰摩，其速度总是在一个旋转周期里发生一次“快—慢—快”的变化，即转子每转一周，发生一次摩擦，导致转子旋转速度也是每转一周发生一次周期性变化。摩擦位置在叶片根部的静叶轮盘处，该处摩擦力的作用相当于附加了一个垂直于摩擦面的分力，这将会导致转子以1号瓦为支点发生旋转，使烟机转子轴线与几何中心轴线产生一定的夹角，进而导致转子在2号瓦处发生锥形扰动，产生角不对中现象，从而出现二倍频振动，以致2号瓦振动幅值过大，二倍频幅值随碰摩程度的变化而变化。

另外，在每次碰摩时，膜片联轴器受到峰值扭矩作用，使受拉膜片承担的扭矩增大，所受拉力增大，拉伸应力增大。同时，由于轴线偏斜产生偏心弯矩，使膜片产生弯曲应力。而且轴每转一周，拉伸应力和弯曲应力循环交变一次，膜片疲劳损坏，由于承载膜片数逐步减少及受力不均匀，整组膜片逐渐被拉断，在短期内失效，振动波动频率加大，时间加长。