何 峰

（中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

煙機(jī)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)應(yīng)用

何 峰

（中國(guó)石油化工股份有限公司滄州分公司，河北 滄州 061000）

由于催化裝置煙機(jī)機(jī)組自身特性，導(dǎo)致其故障率較高，給生產(chǎn)造成危害較大。分析某公司煙機(jī)常見(jiàn)故障，并總結(jié)出利用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡解決機(jī)組振動(dòng)的方法。

煙機(jī)；振動(dòng)；現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡

催化煙氣輪機(jī)（簡(jiǎn)稱煙機(jī)）是石化企業(yè)關(guān)鍵設(shè)備之一，某公司煙機(jī)型號(hào)為Y LⅡ-12000B型，雙級(jí)懸臂式、垂直剖分、軸向進(jìn)氣、徑向上排氣結(jié)構(gòu)。利用催化裂化裝置產(chǎn)生的高溫再生煙氣，驅(qū)動(dòng)軸流主風(fēng)機(jī)作功并輸出部分電能。煙機(jī)的運(yùn)行情況對(duì)保證裝置正常平穩(wěn)運(yùn)行和節(jié)能降耗具有重要意義。

同時(shí)，煙機(jī)故障率較高，有些煙機(jī)1年停機(jī)修理2～3次是很普遍的現(xiàn)象，這與裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行的要求相差很遠(yuǎn)。頻繁停機(jī)導(dǎo)致裝置能耗上升，處理量下降，嚴(yán)重影響了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，及時(shí)查清故障原因和設(shè)備隱患，采取相應(yīng)的措施，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行是十分重要的。磨損、葉片沖刷、催化劑堆積、動(dòng)靜摩擦、動(dòng)平衡破壞、同心度偏移、油膜失穩(wěn)及管線應(yīng)力影響等常見(jiàn)煙機(jī)故障都在某公司出現(xiàn)過(guò)。2007年，某公司曾3次因煙機(jī)振動(dòng)問(wèn)題停機(jī)處理，也曾多次采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)對(duì)煙機(jī)振動(dòng)進(jìn)行消除，效果良好。

一、煙機(jī)常見(jiàn)故障

1.磨損、葉片斷裂、催化劑堆積等

催化裂化裝置再生煙氣中所含催化劑粉塵，隨煙氣一起高速通過(guò)煙機(jī)葉片，對(duì)煙機(jī)流道產(chǎn)生沖刷，容易產(chǎn)生磨損、葉片斷裂、催化劑堆積等。

2.不對(duì)中及熱變形

造成機(jī)組轉(zhuǎn)子不對(duì)中的原因有安裝誤差、管道應(yīng)力影響、溫度變化產(chǎn)生的熱變形、基礎(chǔ)沉降不均等。較高的溫度導(dǎo)致煙機(jī)和風(fēng)機(jī)的殼體及管線存在熱膨脹，由于設(shè)計(jì)或制造上的缺陷常常會(huì)導(dǎo)致殼體及管線的熱分布不均勻，而支座貓爪（滑移支座）或?qū)虿酃收弦矔?huì)引起殼體膨脹受阻，造成殼體變形、移位及承受較大的熱應(yīng)力。因此對(duì)于煙機(jī)機(jī)組而言，熱變形是導(dǎo)致對(duì)中狀況惡化的主要原因。

二、采用進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡減小轉(zhuǎn)子軸振動(dòng)

1.現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)介紹

所謂現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是指旋轉(zhuǎn)機(jī)械在現(xiàn)場(chǎng)工作狀態(tài)的條件下，對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量分析并進(jìn)行平衡校正的一種平衡實(shí)驗(yàn)方法?，F(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)是：不需要拆卸機(jī)器、吊出轉(zhuǎn)子，不需要平衡機(jī)或?qū)嶒?yàn)臺(tái)等設(shè)備，可以微量補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的腐蝕與磨損。

對(duì)于新裝或大修后的轉(zhuǎn)子，雖然基本都在動(dòng)平衡機(jī)上經(jīng)過(guò)了高速或低速動(dòng)平衡，并根據(jù)運(yùn)行要求達(dá)到了一定的精度，但轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)安裝后，由于其支承狀況與動(dòng)平衡機(jī)上的支承狀況不同，或由于一套機(jī)組由多個(gè)轉(zhuǎn)子前后相連，轉(zhuǎn)子之間的不對(duì)中或支承之間的不對(duì)中，轉(zhuǎn)子在連成軸系之后由于相互之間的干擾使得其模態(tài)振型發(fā)生變化，從而改變了轉(zhuǎn)子相應(yīng)階模態(tài)不平衡量。因此，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡就成為機(jī)組在安裝后一種重要的減振方法。

機(jī)組經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，會(huì)因?yàn)榛剞D(zhuǎn)部件上積垢或部件腐蝕脫落等原因造成機(jī)組平衡狀態(tài)發(fā)生變化，但此時(shí)可能還沒(méi)有到達(dá)機(jī)組大修周期，將轉(zhuǎn)子吊出在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行動(dòng)平衡不僅耗時(shí)耗力，而且會(huì)嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，這種情況下實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡不僅可以大大縮短停機(jī)維修時(shí)間,也充分提高了設(shè)備利用率。

對(duì)于一些并非轉(zhuǎn)子本身的故障所引起的振動(dòng)（如支承剛度不足、動(dòng)靜碰磨、轉(zhuǎn)子臨時(shí)熱彎曲等），由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件所限，很難治本。對(duì)于機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上產(chǎn)生的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)甚至無(wú)法從根本上解決。例如從振動(dòng)情況上分析認(rèn)為故障的原因是由于支承剛度不足，但現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于如何增強(qiáng)支承剛度往往無(wú)從下手。根據(jù)產(chǎn)生振動(dòng)的基本理論，也可以從減小激振力的角度去消除這些原因所帶來(lái)的振動(dòng)。雖然并沒(méi)有完全解決故障問(wèn)題，但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，只要能保證機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行即可，故障的徹底解決可以放在機(jī)組大修的時(shí)候進(jìn)行。

2.現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡解決煙機(jī)振動(dòng)應(yīng)用情況

某公司煙機(jī)自2007年9月初起振動(dòng)逐漸緩慢爬升，至10月中旬前軸承振動(dòng)超標(biāo)而停機(jī)檢查清理。圖1為機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和傳感器安裝示意圖。

圖1 煙機(jī)軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

10月19日晚19:24檢查清理完畢后，開(kāi)始沖轉(zhuǎn)，起車過(guò)程比較平穩(wěn)。轉(zhuǎn)速升至5400r/min左右（接近工作轉(zhuǎn)速）時(shí)，后軸承振動(dòng)過(guò)大，1403測(cè)點(diǎn)振動(dòng)峰峰值超過(guò)110μ m。前軸承振動(dòng)相對(duì)較小，但1402測(cè)點(diǎn)峰峰值也達(dá)到了50μ m。由于后軸承1403測(cè)點(diǎn)振動(dòng)過(guò)大，無(wú)法繼續(xù)升速至工作轉(zhuǎn)速，電機(jī)未合閘便停機(jī)。

各測(cè)點(diǎn)中工頻分量均絕對(duì)占優(yōu)，在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況下，工頻分量的幅值和相位均較為穩(wěn)定（由于煙機(jī)的轉(zhuǎn)速無(wú)法準(zhǔn)確穩(wěn)定，其相位在一定范圍內(nèi)有小幅波動(dòng)可以認(rèn)為在測(cè)量誤差范圍內(nèi)）。圖2為機(jī)組在5400r/min附近穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后空載時(shí)各測(cè)點(diǎn)時(shí)域波形與頻譜圖（報(bào)告中所列表格中數(shù)據(jù)為振動(dòng)峰峰值，頻譜圖中顯示為振動(dòng)峰值）。

圖2 各測(cè)點(diǎn)時(shí)域波形與頻譜圖

從圖2中可見(jiàn)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)均以工頻為主，1401、1402測(cè)點(diǎn)可見(jiàn)高倍頻分量，但其整體振動(dòng)較小。其余各測(cè)點(diǎn)譜圖比較清晰，工頻分量絕對(duì)占優(yōu)。前后軸承原始軸心軌跡如圖3所示。

圖3 煙機(jī)支承處前后軸承軸心軌跡

從軸心軌跡上看，前軸承軌跡較為凌亂，軌跡中可見(jiàn)少量的內(nèi)向尖點(diǎn)，同時(shí)軌跡橢圓的偏心較大，各向異性明顯，說(shuō)明前軸承垂直方向的剛度偏弱。后軸承處軸心軌跡重復(fù)性比較好，形狀也比較規(guī)則，振動(dòng)偏大，后軸承處的工頻軌跡比較接近正圓，但也存在一定的各向異性。圖4為前后軸承對(duì)應(yīng)的提純工頻軌跡。

圖4 煙機(jī)支承處前后軸承提純工頻軸心軌跡

由上分析可知，煙機(jī)前后軸承各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)表現(xiàn)比較單一，均是以工頻為主，考慮實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡以降低振動(dòng)。

由于現(xiàn)場(chǎng)條件所限，未進(jìn)行軸承支承剛度的加強(qiáng)處理，晚23:35實(shí)施第一次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡操作，在煙機(jī)與風(fēng)機(jī)之間聯(lián)軸節(jié)上靠近煙機(jī)側(cè)加試重20.3g∠300°，起車。升速至5400r/min附近時(shí)，前軸承振動(dòng)下降明顯，1402測(cè)點(diǎn)峰峰值降到30μ m左右，后軸承振動(dòng)則變化不明顯，1403仍達(dá)到近90μ m，但各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相位均發(fā)生變化，表明所加試重對(duì)機(jī)組振動(dòng)已產(chǎn)生影響。由于后軸承振動(dòng)超標(biāo)，故打閘停機(jī)。從振動(dòng)信號(hào)上來(lái)看，振動(dòng)形式與原始振動(dòng)基本相同，各測(cè)點(diǎn)均為工頻分量為主，其他高倍頻分量相對(duì)很小。

根據(jù)原始振動(dòng)數(shù)據(jù)以及此次加重測(cè)得的的空載振動(dòng)數(shù)據(jù)，分析計(jì)算配重結(jié)果為24.5g∠240°。10月20日中午13:11取下試重后添加配重，再次起車。起車后機(jī)組振動(dòng)情況良好，升速至5400r/min左右時(shí)，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)均小于40μ m。順利升速至工作轉(zhuǎn)速，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)情況良好，后軸承振動(dòng)已明顯下降。由于在之前的起車過(guò)程中未取得滿載時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)，配重未能考慮滿負(fù)荷對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響，機(jī)組在逐漸加載后振動(dòng)會(huì)緩慢上升。隨著負(fù)荷的穩(wěn)定，各測(cè)點(diǎn)后續(xù)的振動(dòng)也趨于穩(wěn)定。表1為平衡操作結(jié)束后各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)參數(shù)。

表1 平衡結(jié)束后工作轉(zhuǎn)速下機(jī)組各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)參數(shù)

相對(duì)而言，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡雖然技術(shù)性要求較高，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施卻較為方便快捷，尤其是對(duì)于在缸體外設(shè)有加重面的機(jī)組來(lái)說(shuō)，更為簡(jiǎn)單，一次加重所需的停盤車時(shí)間完全可以控制在1h以內(nèi)。這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)加重響應(yīng)和故障排查，提出進(jìn)一步整改方案而言，是十分有利的。

當(dāng)然，故障機(jī)組是否能實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡進(jìn)行減振，還需要對(duì)機(jī)組的振動(dòng)情況進(jìn)行仔細(xì)的分析。在機(jī)組的振動(dòng)峰峰值中工頻分量絕對(duì)占優(yōu)，并且各測(cè)點(diǎn)信號(hào)中各頻率分量幅值、相位基本保持穩(wěn)定的情況下，一般情況下可以考慮實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡。某些情況下現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)期的減振目的：（1）轉(zhuǎn)子出現(xiàn)永久性彎曲或轉(zhuǎn)子熱彎曲量較大，這時(shí)平衡計(jì)算的配重結(jié)果可能非常大以致無(wú)法實(shí)施；（2）加重面設(shè)置不合理或選擇錯(cuò)誤，所加重量對(duì)減振目標(biāo)截面影響很?。唬?）故障診斷錯(cuò)誤等。

三、結(jié)語(yǔ)

由于煙機(jī)機(jī)組自身的特性導(dǎo)致其故障率較高，因此，煙機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行問(wèn)題一直以來(lái)都是煉化企業(yè)設(shè)備管理中的難題。隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，煙機(jī)運(yùn)行中的各類問(wèn)題使得人們對(duì)煙機(jī)的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越深刻，需要企業(yè)不斷摸索符合自身實(shí)際情況的經(jīng)驗(yàn)，相互進(jìn)行技術(shù)交流，使煙機(jī)運(yùn)行技術(shù)水平能夠有大的提高。

[1] YLII12000B煙機(jī)組技術(shù)圖紙[M].

[2]屈梁生.機(jī)械故障診斷學(xué)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1990.

TH113.2

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1671-0711（2016）04-0065-03