催化裝置E—232煙氣輪機振動原因分析

【摘 要】 本文分析了導致煙氣輪機振動產(chǎn)生的原因，并采取相應的措施減緩及消除振動影響。

【關鍵詞】 煙氣輪機 振動

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.09.005

某廠EAGM主風機-煙機透平機是催化裝置的煙氣能量回收機組。機組包括煙氣透平機、主風機、變速箱、電機/發(fā)電機以及潤滑油系統(tǒng)、動力油系統(tǒng)、調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)等。煙氣透平機由美國英格索蘭公司制造。以下為E-232煙氣透平機工作參數(shù)：

煙氣中催化劑濃度：≤0.2g/nm3

入口壓力：3.18kg/cm2

入口溫度：700℃

煙氣流量：1666Nm3/min

出口壓力：1.08kg/cm2

總效率：86.4%

轉(zhuǎn)速：6363RPM

動平衡精度等級：G1.4

殘余不平衡量：18g.cm

該機組是催化裝置的核心部分。該機組長、穩(wěn)、優(yōu)運轉(zhuǎn)能帶來巨大的經(jīng)濟效益。但是，E-232煙氣透平機工作條件非常惡劣，經(jīng)常出現(xiàn)事故，尤其是振動問題造成巨大的損失。這幾次的振動情況各不相同，我們通過幾次檢修解決了各種振動，并總結出幾種振動原因及避免振動的方法和提高工作效率的方法。

1 催化劑結垢造成的振動

筆者在巡檢中發(fā)現(xiàn)E-232煙氣透平機的聯(lián)軸端徑向瓦垂直方向振動，振動值高達90μm（高報63.5μm、高高報88μm）。2月后停機搶修。檢測軸瓦間隙，非聯(lián)軸端軸瓦徑向間隙0.149μm（標準：0.13～0.16μm），聯(lián)軸端軸瓦徑向間隙0.09μm（標準：0.08～0.11μm），止推瓦間隙0.42μm（標準：0.38～0.46μm）動葉葉頂與導流環(huán)間隙如表1。

表1

從各部間隙看，煙氣透平機的振動與裝配間隙無關。另外，在輪轂上有催化劑結垢物而且非常堅硬，并且在一級輪轂上有400mm左右的脫落痕跡。將轉(zhuǎn)子清掃干凈之后，送到沈陽鼓風機廠做動平衡實驗。實驗數(shù)據(jù)如下：動平衡轉(zhuǎn)速420轉(zhuǎn)/s，殘余不平衡值36.8g.cm。由此分析：由于蒸汽冷卻系統(tǒng)的排凝管堵塞，造成冷凝水無法排到室外，蒸汽只能隨著煙氣排走，又由于煙氣中的催化劑濃度超標，蒸汽與催化劑在機殼內(nèi)結合，而且，不斷地在一級輪轂的表面堆積，同時，催化劑又不斷地沖刷著一級、二級動葉，使轉(zhuǎn)子不斷地達到新的動平衡。但是，結垢物脫落之后，動平衡立即被破壞，造成煙氣透平機振動。

本次的解決方法是將排凝管線全部更換，將管徑加粗，并嚴格控制煙氣中的催化劑濃度不超過0.2ɡ/Nm3。

2 熱變形引起振動

半年后煙氣透平機又發(fā)生不正常振動，振值高達100μm。檢測軸瓦間隙正常，但是，煙氣透平機的一級動葉葉頂磨損非常嚴重，一級導流環(huán)的上部嚴重變形（向下凹）并有刮磨痕跡。推斷振動原因是由于一級動葉葉頂與一級導流環(huán)刮磨造成的。一級導流環(huán)上部變形，在上次檢修就已經(jīng)存在。但是，當時沒有新的一級導流環(huán)，針對變形的地方進行切削處理，切削后的一級導流環(huán)上部變薄。裝配時保證了一級動葉葉頂與一級導流環(huán)之間的間隙。變形原因分析：切削之后，切削的地方存在應力，而且應力沒有消除，應力的來源于一級進氣機殼的變形，變形如圖1。

殼體的左右尺寸比上下的尺寸大，導流環(huán)與殼體靠螺栓連接，殼體變形也引起一級導流環(huán)的變形。

由于煙氣透平機工作溫度是700℃，導致一級圍帶切削部位變形加劇。本次檢修，更換了一級導流環(huán)，但是，由于機殼的變形，一級導流環(huán)固定后也是橢圓。為保證一級動葉葉頂與一級導流環(huán)的最小間隙，將煙機動葉葉頂切削。切削后，轉(zhuǎn)子做動平衡后，安裝。刮磨引起的振動避免了，但是由于動葉葉頂?shù)那邢鳎箘尤~葉頂與導流環(huán)之間的間隙變大，也使煙機的工作效率降低。

3 避免機殼熱變形引起的振動

兩年后該廠決定更換煙氣透平機的轉(zhuǎn)子。由于煙氣透平機的一級進氣機殼已有十幾年沒有更換，煙機在700℃的高溫下工作，機殼已經(jīng)變形（如前所述）。當轉(zhuǎn)子推入機殼內(nèi)，開始找正時，一級動葉葉頂與一級圍帶已經(jīng)頂上，無法盤車。為了控制一、二級動葉葉頂與一、二級導流環(huán)的間隙為1.14mm～1.65mm，將一級進氣機殼向后移動。然后，對煙氣透平機和主風機找正，找完正之后，再將一級進氣機殼向前移動。在保證一級動葉葉頂與一級導流環(huán)最小間隙在1.14mm～1.65mm之間后，一級進氣機殼比原來的位置向后移動了10mm。一級進氣機殼的左右和下部各有一個支座，用于固定一級進氣機殼。由于機殼向后移動，支座上的定位銷與銷孔的位置也發(fā)生了變化。為了保證定位作用，在底座上焊兩個頂板并鉆孔、攻絲安裝兩個頂絲（如圖2）。

兩個頂絲頂在一級進氣機殼的支座上。定位時，在一級進氣機殼的上下左右各架一塊百分表，以二級排氣機殼為基準，控制一級進氣機殼與二級排氣機殼的水平度。由于，一級進氣機殼向后移，一、二機殼的距離也增加了10mm。將二級護罩止口相應地切削10mm，以保證一、二級機殼的距離。這樣，即保證了一、二級動葉葉頂與一、二級導流環(huán)的間隙，也避免了導流環(huán)引起的刮磨振動，煙氣透平機的效率也沒有下降。

4 催化劑沖蝕煙氣透平機動葉的振動

煙氣中的催化劑濃度超標，同樣能引起煙氣透平機的振動。英格索蘭公司提供的隨機文件中，明確指出，催化劑濃度應小于0.2g/nm3。上述的透平機振動就是一個典型的催化劑濃度超標引起振動的案例。從1月起，煙氣透平機的聯(lián)軸端振值逐漸升高，到2月份，振值高達90μm。通過頻譜顯示，煙氣透平機轉(zhuǎn)子的動平衡遭到破壞而引起振動。另外，對煙氣中的催化劑濃度進行檢測，濃度高達1.5g/nm3。由于振動過高、催化劑濃度也過高，對煙氣透平機進行停機檢修。拆檢之后。煙氣透平機的一、二級動葉葉頂磨損的非常嚴重，葉頂最大磨損12mm，最小磨損5nm，如圖3。二級靜葉上有大量的催化劑結垢物，如圖4。

由于催化劑把動葉葉頂沖蝕成不規(guī)則的形狀，轉(zhuǎn)子的動平衡遭到破壞，又由于二級靜葉上有大量的催化劑硬塊，使煙氣通過二級靜葉時，氣流不均勻，不均勻的氣流作用在動葉上，使動葉受力不均勻，這也使轉(zhuǎn)子的動平衡破壞的又一種原因。

5 結論

引起煙氣透平機的振動是多方面的，在檢修時，首先要正確裝配各軸瓦，使間隙符合標準，這樣，可以避免因軸瓦間隙超差引起振動。聯(lián)軸器對中也是引起振動的主要原因。另外，還要注意，對中之后，再調(diào)整、定位一級進氣機殼和二級排氣機殼，使一、二級動葉葉頂與一、二級導流環(huán)的間隙符合標準，這樣，可以排除因軸瓦間隙及動葉刮磨引起的振動。

另外，由于催化劑含量超標引起的振動也是不容忽視的，一方面，催化劑沖蝕一、二級動葉，使動葉的葉頂和葉根磨損，引起動平衡破壞。另一方面，催化劑填充到靜葉中，使氣流不能平穩(wěn)地進入靜葉中，氣流不能均勻地作用到動葉上，也能引起振動。

參考文獻

[1]王福利主編.石油化工廠設備檢修手冊——壓縮機組. 中國石化出版社，2014

[2]黃志堅，高立新，廖一凡.機械設備振動故障檢測與診斷.化學工業(yè)出版社，2010

作者簡介

唐西平，高級工程師，現(xiàn)從事質(zhì)量檢驗工作。

（責任編輯：張曉明）