基于现场动平衡技术的烟汽轮机振动分析姜敬军

收稿日期：2013－01－10摘要：针对某炼油生产企业烟机机组振动超标故障，采用现场动平衡技术对机组进行测试和减振。根据实测结果和平衡过程分析了故障产生的原因，并给出处理措施，有效解决了该机组的振动超标问题。关键词：烟机；现场动平衡；振动；分析中图分类号：TE96文献标识码：B文章编号：1009－9492(2013)07－0202－03FlueGasTurbineVibrationAnalysisBasedontheFieldBalancingJIANGJing-jun1，HANWei-dong2（1.GuangdongHuizhouQuality&MeasuringSupervisionTestingInstitute，Huizhou516001，China；2.SinochemOilCo.，Ltd，Beijing100031，China）Abstract:Fluegasturbinesetdowntimeduetoexcessivevibrationinarefinery，usedFieldBalancingtechnologytotestingthesetandadjust.Analyzedtheconditionsfortheimplementationoffieldbalancing.Basedonthemeasuredresultsandtheequilibriumprocesstostudythefault，andcorrespondingmeasuresderived.Keywords:fluegasturbine；fieldbalancing；vibration；analysis基于现场动平衡技术的烟汽轮机振动分析姜敬军1，韩卫东2（1.广东省惠州市质量计量监督检测所，广东惠州516001；2.中化石油有限公司，北京100031）DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2013.07.0560引言转子不平衡是旋转机械的常见故障之一，也是造成转子部件过早损坏的主要原因[1]。故障机组是否能实施现场动平衡进行减振，需要对机组的振动情况进行分析。在机组的振动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，可以考虑实施现场动平衡[2]。某些情况下现场动平衡无法实现预期的减振目的，如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；加重面设置不合理或选择错误；以及故障诊断错误等[3]。1烟机机组振动情况分析某炼油生产企业烟机机组因振动超标，采用现场动平衡技术进行测振与减振分析。烟机工作参数：一阶临界转速为8012r/min；转子质量1941.8kg；总质量22200kg；工作转速5862r/min；轴承跨距1.5m；进气温度670℃，排气温度503℃。1.1检测设备选用与测点分布现场动平衡校验的测量方法是在转轴上用加速度传感器拾取振动信号，由测速传感器所提供的鉴相器脉冲信号作为振动相位的参考基准，将两组信号所测得的数据输入数据采集仪，利用仪器提供的现场动平衡应用软件进行数据处理，最终得出校验结果[4-5]。烟机机组上安装的是Bently电涡流传感器（灵敏度7.87mV/μm）。检查安装后进行动平衡测试，机组结构与传感器安装见图1，烟机轴承座为独立的落地轴承座，烟机后轴承（1403、1404测点处）与轴流压缩机之间为薄膜联轴节。通道布置：截面1为烟机前轴承；截面2为烟机后轴承；截面3为轴流压缩机排气侧。X向传感器为监测系统1401、1403、1405测点，Y向传感器为1402、1404、1406测点。1.2机组振动检测及控制机组起动过程平稳，转速升至5400r/min接近工作转速时，后轴承振动过大，1403测点振动经验交流机电工程技术2013年第42卷第07期202姜敬军等：基于现场动平衡技术的烟汽轮机振动分析峰值超过110μm。前轴承振动相对较小，但1402测点峰值也达到了50μm。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。1401、1402测点可见高倍频分量但其整体振动较小，图2为机组在5400r/min附近稳定运行一段时间后空载时1403测点时域波形与频谱图。从图2中可见，测点谱图清晰，振动以工频为主。其余各测点前后轴承原始轴心轨迹如图3所示。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。1.3机组振动故障分析与与诊断由上可知，烟机前后轴承各测点振动表现比较单一，均是以工频为主，因此，考虑实施现场动平衡以降低振动。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∠300μm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30μm左右，后轴承振动则变化不明显，1403仍达到近90μm，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。根据原始振动数据以及此次加重测得的空载振动数据，分析计算配重结果为24.5g∠240μm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40μm。紧接着进行了第二次起车，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图1烟机机组结构示意图图2各测点时域波形与频谱图（5400r/min附近）图3烟机前后轴承轴心轨迹经验交流203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。为稳定起见，将负载加到43%即停止，以防止振动随负荷加大而变大。随着负荷的稳定，各测点后续的振动也趋于稳定。平衡操作结束后各测点的振动参数见表1。2故障诊断及处理根据实测结果和平衡过程进行故障诊断，分析及处理措施如下。（1）前后轴承支承刚度的各向异性比较明显，对不平衡和负荷的响应也更为敏感，振动随不平衡量的加大而沿着弱刚度方向增大；（2）由于烟机转子为悬臂转子，因此其前后轴承面的承重和振动要求不相同。前轴承为主要承重面，其提纯轴心轨迹椭圆很扁，偏心率较大，且形状基本不随振动增大而变化，说明垂直方向的支承刚度不足，建议加强前轴承支撑刚度。后轴承由于不是主要承重面，各向刚度异性表现得不如前轴承明显，其椭圆轨迹也相对比较圆。（3）由于负载以及温度、压力等工艺量的影响，机组的状态需要一定时间来稳定。平衡结束后未加负载，前轴承的振动很小，随着机组工况的逐渐稳定，其振动可能会缓慢增大。（4）机组的振动爬升虽然是由转子平衡状态逐渐变化所致，但根本原因并非转子失衡。烟机各支承处轴心轨迹呈大偏心率椭圆，且弱刚度方向始终为垂直方向，表明机组在垂直方向的刚度存在问题。同时，前轴承轴心位置偏高，表明可能存在轴承箱下沉的问题，应对支承轴承进行检查，以彻底解决振动爬升的问题。3结束语通过采取以上减振措施，有效解决了该机组的振动超标问题，运行情况正常。实践表明利用现场动平衡技术在不改变设备原有安装与运行条件的情况上，能够在较短的时间内解决旋转机械转子动平衡不良引起的振动故障，节省拆卸、运输、安装、检修、维护的费用，降低企业生产成本，是解决动不平衡故障的有效方法[6]。参考文献：［1］罗良玲，胡容华.相关技术在动平衡测试中的应用［J］.南昌大学学报：工科版，2000，22（4）：25-28.［2］佘万明.运用现场动平衡技术消除旋转设备振动超标［J］.安徽冶金科技职业学院学报，2010，20（4）：20-21.［3］缪红燕，高金吉，徐鸿，等.基于有限元法的柔性转子虚拟动平衡研究［J］.振动、测试与诊断，2004，24（3）：184-188.［4］王维民，高金吉，江志农，等.旋转机械无试重现场动平衡原理与应用［J］.振动与冲击，2010，29（2）：212-215.［5］田国成，陈会平，柳洪涛.超临界汽轮机高中压转子弯曲及异常振动的分析与处理［J］.动力工程，2009，（10）：909-913.［6］倪秋华，朱晓东.汽轮发电机组状态监测和故障诊断的发展与趋势［J］.汽轮机技术，2011，53（3）：220-222.第一作者简介：姜敬军，女，1964年生，大学本科，工程师。研究领域：设备制造安装、运行与维护等。(编辑：王智圣)图4烟机支承处前后轴承提纯工频轴心轨迹测点14011402140314041405140614071408通频值/（μm）37.1024.6942.2960.1923.6414.4520.3218.79偏斜度0.23-0.33-0.020.05-0.04-0.120.26-0.50工频/（μm）28.7/333.9317.23/335.0336.91/233.9254.7/302.1414.85/154.483.07/289.6215.03/144.3013.87/337.28表1工作转速下机组各测点振动参数经验交流机电工程技术2013年第42卷第07期204