RIKT90空壓機組試車時振動超高分析與處理

申健

(中國空分設備有限公司，浙江 杭州 310051)

1 機組概況

大唐呼倫貝爾化肥有限公司28000Nm3/h空分裝置配套空壓機組為MDT公司生產的RIKT-90機組，增壓機組為Atlas公司生產的GT063L2K1/032L2K1機組，驅動機為HTC生產的ENKS50/63雙出軸抽汽凝氣式汽輪機組。汽輪機組排汽端驅動空壓機組，進汽端驅動增壓機組。該機組在單試空壓機組時的升速階段發(fā)生了振動超高跳車的情況，經(jīng)重校動平衡后問題得以解決，具體過程如下：

圖-1 機組示意圖

2 試車情況以及相應分析

空壓機組在2011年11月24日進行了第一次啟動試車，在1050rpm一階暖機轉速時，空壓機組和汽輪機組的軸承溫度和振動情況均正常，兩個機組的振動值均為10μm左右，溫度為35度。當機組轉速升至二階暖機轉速時，兩個機組的軸溫均為45度左右，汽輪機軸振動VT1901~VT1904T正常，為10μm左右，而此時空壓機組進氣側的軸振動VT011052A和VT011052B升高至50μm，明顯偏高，排氣端軸振動VT011050A和VT011050B為20μm左右。由于此時軸承溫度正常，因此決定繼續(xù)升速觀察，在經(jīng)過20分鐘的暖機后，機組繼續(xù)升速，升至2500rpm時，空壓機機組VT011052A和VT011052B振動過高，導致機組跳車。查詢ITCC振動趨勢后，發(fā)現(xiàn)空壓機組進汽端振動值VT011052A和VT011052B已經(jīng)達到200μm，超過量程，而排氣端的振動也升至100μm（見圖2，圖3）。同時汽輪機的軸振動有小幅升高，達到20μm，兩個機組的軸溫均正常，為50度左右，兩機組的軸位移均在正常范圍內。

圖-3 第一次試車時空壓機排氣端振動趨勢圖

鑒于空壓機組的一階臨界轉速為2400rpm，因此初步認為是機組過臨界時升速率不夠，導致機組在臨界轉速附近發(fā)生了較大的振動，因此將過臨界的升速率由30rps提升至35rps，進行第二次啟動。但是空壓機進氣端振動值仍在轉速達到2500rpm時超高，機組跳車。ITCC顯示的振動趨勢情況與第一次相同。

由于汽輪機側的振動一直很平穩(wěn)，試車前所做的最終對中數(shù)據(jù)也完全符合廠家的技術要求，而且與驅動端相連的空壓機排氣端振動明顯小于進氣端，因此初步排除了機組對中不良引起的高振動。同時經(jīng)過仔細查詢發(fā)現(xiàn)，空壓機組進氣端的振動值明顯隨轉速的上升而上升，是比較典型的轉子存在問題的表象，因此初步判定為轉子存在偏心、彎曲或轉動不平衡的問題。

雖然初步判定為轉子原因導致的高振動，但是按照MDT總部的指示，現(xiàn)場先對機組的軸承進行了全面的檢查，檢查未發(fā)現(xiàn)機組軸承有損傷，軸承緊力也符合MDT的技術要求。根據(jù)MDT的要求，現(xiàn)場在軸承檢查后又于11月29日進行了一次啟動，在機組轉速2500rpm時，空壓機組進氣端振動超高跳車，情況與前兩次相同，因此MDT決定重新對空壓機轉子做動平衡。

3 重做動平衡過程

轉子首先運回MDT常州工廠進行了全面的檢查。機械跳動和電子跳動的測量值均在API標準要求的范圍之內，但是在選擇做動平衡廠家的時候卻經(jīng)歷了很多波折。由于動平衡的軸振與瓦振存在著比例關系，而且國內設備出廠前均進行機械試車，因此國內廠家高速動平衡試驗時只監(jiān)測瓦振，軸振在機械試車時進行考查。但是按照MDT廠家的標準要求，轉子高速動平衡試驗時必須使用工作軸承，同時監(jiān)測瓦振和軸振兩個指標，因此如果在國內做動平衡的話需要對動平衡機進行改動，同時又因為動平衡機擺架不配套以及懸臂轉子動平衡風險偏大等問題，數(shù)個廠家拒絕為轉子做動平衡。后來經(jīng)過多番的詳細技術溝通和協(xié)調，最終沈陽鼓風機廠同意在MDT動平衡專家的指導下為轉子做動平衡。

初始的幾次動平衡結果很不理想，MDT專家按照外方常規(guī)的影響系數(shù)法配重了多次仍然無法達到滿意的結果，瓦振均在30mm/s以上，軸振均在70μm以上，遠大于MDT公司1.1mm/s和19.1μm的技術要求。MDT專家再次詳細審查轉子的跳動值檢查報告后，發(fā)現(xiàn)雖然各點的跳動值數(shù)據(jù)均在標準范圍之內，但是1級葉輪懸臂處的跳動值高點位置與出廠時相比發(fā)生了180度的變化，轉子1級葉輪懸臂處相對于出廠時的狀態(tài)有了40μm的輕微變形。經(jīng)過計算，在1級葉輪懸臂處產生了大于20000g.mm的不平衡量，而按照ISO1940殘余不平衡量的標準，該型轉子允許的最大不平量為10500g.mm，過大的不平衡量為試車時振動超高的主要原因。在找到原因后，MDT專家更改了配重的計算思路，經(jīng)過數(shù)次試驗，動平衡的最終結果瓦振最高為0.82mm/s，軸振最高5μm，均遠好于MDT公司的技術要求。

表-1 高速動平衡最終結果及MDT技術要求

動平衡結束后，又重新對轉子的跳動值進行了檢查，機械跳動檢查完全在標準之內，但是電子跳動檢查時，驅動端的跳動值為68μm，稍高于標準要求的64μm。但是經(jīng)MDT專家確認，電子跳動小于80μm都可以接受。

4 重新動平衡后試車情況

轉子運回現(xiàn)場后，最終用戶立即組織了空壓機組的回裝工作，并于2月16日再次進行試車，試車過程中，空壓機的振動以及軸溫指標良好，在過臨界時的最高值VT011052B僅為43.9μm，額定轉速下最大值僅有18.8μm。

在試車過程時，現(xiàn)場還請到了東南大學的振動分析專家，用儀器對空壓機組進行了振動監(jiān)測，分析顯示空壓機進氣端VT011052A和VT011052B振動值在動平衡上的振動分量在過臨界時最大為40.2μm，額定轉速下為6.6μm，轉子不對中的分量最大值分別為3.5μm和2.9μm。

結語

轉子在現(xiàn)場保存期間，尤其是長期保存，應該將轉子垂直放置，防止轉子彎曲。同時現(xiàn)場安裝轉子前應對轉子的跳動值進行全面、細致的檢查，包過跳動值高點的角度，保證轉子安裝時處于完好狀態(tài)。

表-2 臨界轉速時振動情況

表-3 額定轉速時振動情況

[1]石油、化學和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機及膨脹機-壓縮機 AP1 617標準 [Z].第7版，2002.

[2]石油、化學和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機及膨脹機-壓縮機 AP1 684標準[Z].1996.