烟机现场动平衡技术应用

2016-11-30何峰

中国设备工程 2016年4期

关键词：烟机动平衡工频

何峰

（中国石油化工股份有限公司沧州分公司，河北沧州 061000）

烟机现场动平衡技术应用

何峰

（中国石油化工股份有限公司沧州分公司，河北沧州 061000）

由于催化装置烟机机组自身特性，导致其故障率较高，给生产造成危害较大。分析某公司烟机常见故障，并总结出利用现场动平衡解决机组振动的方法。

烟机；振动；现场动平衡

催化烟气轮机（简称烟机）是石化企业关键设备之一，某公司烟机型号为Y LⅡ-12000B型，双级悬臂式、垂直剖分、轴向进气、径向上排气结构。利用催化裂化装置产生的高温再生烟气，驱动轴流主风机作功并输出部分电能。烟机的运行情况对保证装置正常平稳运行和节能降耗具有重要意义。

同时，烟机故障率较高，有些烟机1年停机修理2～3次是很普遍的现象，这与装置长周期运行的要求相差很远。频繁停机导致装置能耗上升，处理量下降，严重影响了企业经济效益。因此，及时查清故障原因和设备隐患，采取相应的措施，保证机组安全、稳定、长周期运行是十分重要的。磨损、叶片冲刷、催化剂堆积、动静摩擦、动平衡破坏、同心度偏移、油膜失稳及管线应力影响等常见烟机故障都在某公司出现过。2007年，某公司曾3次因烟机振动问题停机处理，也曾多次采用现场动平衡技术对烟机振动进行消除，效果良好。

一、烟机常见故障

1.磨损、叶片断裂、催化剂堆积等

催化裂化装置再生烟气中所含催化剂粉尘，随烟气一起高速通过烟机叶片，对烟机流道产生冲刷，容易产生磨损、叶片断裂、催化剂堆积等。

2.不对中及热变形

造成机组转子不对中的原因有安装误差、管道应力影响、温度变化产生的热变形、基础沉降不均等。较高的温度导致烟机和风机的壳体及管线存在热膨胀，由于设计或制造上的缺陷常常会导致壳体及管线的热分布不均匀，而支座猫爪（滑移支座）或导向槽故障也会引起壳体膨胀受阻，造成壳体变形、移位及承受较大的热应力。因此对于烟机机组而言，热变形是导致对中状况恶化的主要原因。

二、采用进行现场动平衡减小转子轴振动

1.现场动平衡技术介绍

所谓现场动平衡是指旋转机械在现场工作状态的条件下，对其进行振动测量分析并进行平衡校正的一种平衡实验方法。现场动平衡的优点是：不需要拆卸机器、吊出转子，不需要平衡机或实验台等设备，可以微量补偿转子的腐蚀与磨损。

对于新装或大修后的转子，虽然基本都在动平衡机上经过了高速或低速动平衡，并根据运行要求达到了一定的精度，但转子在现场安装后，由于其支承状况与动平衡机上的支承状况不同，或由于一套机组由多个转子前后相连，转子之间的不对中或支承之间的不对中，转子在连成轴系之后由于相互之间的干扰使得其模态振型发生变化，从而改变了转子相应阶模态不平衡量。因此，现场动平衡就成为机组在安装后一种重要的减振方法。

机组经过一段时间的运行后，会因为回转部件上积垢或部件腐蚀脱落等原因造成机组平衡状态发生变化，但此时可能还没有到达机组大修周期，将转子吊出在动平衡机上进行动平衡不仅耗时耗力，而且会严重影响生产的正常进行，这种情况下实施现场动平衡不仅可以大大缩短停机维修时间,也充分提高了设备利用率。

对于一些并非转子本身的故障所引起的振动（如支承刚度不足、动静碰磨、转子临时热弯曲等），由于生产现场条件所限，很难治本。对于机组结构设计上产生的问题，现场甚至无法从根本上解决。例如从振动情况上分析认为故障的原因是由于支承刚度不足，但现场对于如何增强支承刚度往往无从下手。根据产生振动的基本理论，也可以从减小激振力的角度去消除这些原因所带来的振动。虽然并没有完全解决故障问题，但对于现场生产来说，只要能保证机组安全平稳运行即可，故障的彻底解决可以放在机组大修的时候进行。

2.现场动平衡解决烟机振动应用情况

某公司烟机自2007年9月初起振动逐渐缓慢爬升，至10月中旬前轴承振动超标而停机检查清理。图1为机组结构简图和传感器安装示意图。

图1 烟机轴流风机风机结构示意图

10月19日晚19:24检查清理完毕后，开始冲转，起车过程比较平稳。转速升至5400r/min左右（接近工作转速）时，后轴承振动过大，1403测点振动峰峰值超过110μ m。前轴承振动相对较小，但1402测点峰峰值也达到了50μ m。由于后轴承1403测点振动过大，无法继续升速至工作转速，电机未合闸便停机。

各测点中工频分量均绝对占优，在转速稳定的情况下，工频分量的幅值和相位均较为稳定（由于烟机的转速无法准确稳定，其相位在一定范围内有小幅波动可以认为在测量误差范围内）。图2为机组在5400r/min附近稳定运行一段时间后空载时各测点时域波形与频谱图（报告中所列表格中数据为振动峰峰值，频谱图中显示为振动峰值）。

图2 各测点时域波形与频谱图

从图2中可见，各测点振动均以工频为主，1401、1402测点可见高倍频分量，但其整体振动较小。其余各测点谱图比较清晰，工频分量绝对占优。前后轴承原始轴心轨迹如图3所示。

图3 烟机支承处前后轴承轴心轨迹

从轴心轨迹上看，前轴承轨迹较为凌乱，轨迹中可见少量的内向尖点，同时轨迹椭圆的偏心较大，各向异性明显，说明前轴承垂直方向的刚度偏弱。后轴承处轴心轨迹重复性比较好，形状也比较规则，振动偏大，后轴承处的工频轨迹比较接近正圆，但也存在一定的各向异性。图4为前后轴承对应的提纯工频轨迹。

图4 烟机支承处前后轴承提纯工频轴心轨迹

由上分析可知，烟机前后轴承各测点振动表现比较单一，均是以工频为主，考虑实施现场动平衡以降低振动。

由于现场条件所限，未进行轴承支承刚度的加强处理，晚23:35实施第一次现场动平衡操作，在烟机与风机之间联轴节上靠近烟机侧加试重20.3g∠300°，起车。升速至5400r/min附近时，前轴承振动下降明显，1402测点峰峰值降到30μ m左右，后轴承振动则变化不明显，1403仍达到近90μ m，但各个测点的相位均发生变化，表明所加试重对机组振动已产生影响。由于后轴承振动超标，故打闸停机。从振动信号上来看，振动形式与原始振动基本相同，各测点均为工频分量为主，其他高倍频分量相对很小。

根据原始振动数据以及此次加重测得的的空载振动数据，分析计算配重结果为24.5g∠240°。10月20日中午13:11取下试重后添加配重，再次起车。起车后机组振动情况良好，升速至5400r/min左右时，各测点振动均小于40μ m。顺利升速至工作转速，各测点振动情况良好，后轴承振动已明显下降。由于在之前的起车过程中未取得满载时的振动数据，配重未能考虑满负荷对机组振动的影响，机组在逐渐加载后振动会缓慢上升。随着负荷的稳定，各测点后续的振动也趋于稳定。表1为平衡操作结束后各测点的振动参数。

表1 平衡结束后工作转速下机组各测点振动参数

相对而言，现场动平衡虽然技术性要求较高，但现场实施却较为方便快捷，尤其是对于在缸体外设有加重面的机组来说，更为简单，一次加重所需的停盘车时间完全可以控制在1h以内。这对于现场检验加重响应和故障排查，提出进一步整改方案而言，是十分有利的。

当然，故障机组是否能实施现场动平衡进行减振，还需要对机组的振动情况进行仔细的分析。在机组的振动峰峰值中工频分量绝对占优，并且各测点信号中各频率分量幅值、相位基本保持稳定的情况下，一般情况下可以考虑实施现场动平衡。某些情况下现场动平衡无法实现预期的减振目的：（1）转子出现永久性弯曲或转子热弯曲量较大，这时平衡计算的配重结果可能非常大以致无法实施；（2）加重面设置不合理或选择错误，所加重量对减振目标截面影响很小；（3）故障诊断错误等。