王從宅，伊成志

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

壓差發(fā)電機組是煉鐵廠的重要裝備之一，主要用于回收高爐煤氣的余壓、余熱能量。隨著節(jié)能減排的推進，壓差發(fā)電在鋼鐵行業(yè)的地位變得越來越重要，機組能否平穩(wěn)運行直接關系到企業(yè)的能耗及經(jīng)濟效益，而振動過高是造成機組停車檢修的重要原因，研究透平機組振動原因及處理措施顯得尤為重要。

1 TRT 機組的生產(chǎn)工藝流程

首秦公司一期TRT（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置）系統(tǒng)2004 年投產(chǎn)，TRT裝置主體設備由勵磁機、發(fā)電機、透平機構成，輔助系統(tǒng)由進出口閥門系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、氮氣密封系統(tǒng)、高/低發(fā)配電系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)等七大系統(tǒng)組成。高爐產(chǎn)生的煤氣，由爐頂煤氣立管進入集氣管，然后經(jīng)重力除塵器、旋風除塵，進入TRT 裝置；經(jīng)入口碟閥、入口插板閥、快切閥進入透平機，經(jīng)透平機后煤氣溫度、壓力降低，能量轉(zhuǎn)化為透平機機械能，帶動發(fā)電機發(fā)電；自透平機出來的煤氣，進入低壓管網(wǎng)，最終進入能環(huán)系統(tǒng)煤氣柜，供全廠煤氣調(diào)節(jié)使用（圖1）。該透平機額定輸出功率5193 kW，進口設計流量210 000 Nm3/h，進口設計壓力150 kPa，進口溫度150 ℃。

圖1 TRT 工藝流程

2 透平機組振動高的原因

2.1 動平衡狀況差

高爐煤氣經(jīng)重力及干法除塵后，仍然有一定粉塵含量，運行過程中會逐漸在轉(zhuǎn)子葉片上結垢，到達一定厚度后不均勻脫落，影響動平衡，這是造成透平機振動逐漸升高的主要原因。

2.2 油膜渦動引起的低頻振動

油潤滑滑動軸承工作時，軸徑與軸瓦不直接接觸，其間有一層薄的油膜支撐軸徑，同時起到潤滑、冷卻作用。軸徑高速旋轉(zhuǎn)時，油膜并非厚薄均勻，而是呈楔形，楔形油膜按油的平均流速帶動軸繞軸瓦中心轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為油膜渦動。如果軸承穩(wěn)定性不好，會導致油膜渦動，引起低頻振動，其振動頻率一般為0.4～0.6 倍頻。低頻振動產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子振動不合拍的激振力，降低軸、軸瓦的使用壽命，使轉(zhuǎn)子振動位移增大，可能引起軸瓦的錫合金脫落，導致軸頸磨損或斷裂，嚴重時可造成葉片折斷，釀成重大設備、安全事故。

2.3 電機轉(zhuǎn)子與透平機轉(zhuǎn)子不同心造成的振動

理想狀態(tài)下透平機轉(zhuǎn)子與電機轉(zhuǎn)子軸心應位于一條直線上，但由于加工制造、安裝存在一定誤差，不可能做到完全同心。機組運行后透平機做功介質(zhì)為高爐煤氣，溫度較高，由于熱脹冷縮原因，透平機轉(zhuǎn)子中心高會比機組運行前有所抬升。因此，安裝時應讓透平機轉(zhuǎn)子軸心比發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸心略低，但實際情況復雜，低多少在量上不好掌握，可能造成振動。

2.4 工況變化過大引起的振動增大

機組在平穩(wěn)運轉(zhuǎn)情況下已經(jīng)形成了平衡狀態(tài)，當外界工況緩慢變化時，機組可以緩慢適應，達到新的平衡；當外界工況，如溫度等變化過快，則可能造成熱脹冷縮不均勻，導致發(fā)電機與透平機之間定心變差，導致振動升高。

3 振動問題的解決措施

3.1 軸瓦選擇

軸瓦選擇合理，保證軸徑、軸瓦間隙符合要求，避免軸瓦二次加工或刮研，是減少透平機振動的有效措施之一。透平機、發(fā)電機軸承直接影響兩軸的平行度，軸承若選擇不合理，會造成軸系振動加劇，縮短軸承使用壽命。軸承座壓蓋與軸瓦過盈量是否合理也是保證透平機穩(wěn)定運行的關鍵因素之一，過盈量過小時壓緊力低，易造成振動；過盈量過大會降低頂部間隙，不利于潤滑。有些鉗工刮研軸瓦時，控制軸與軸瓦的接觸角度為60°，這樣效果并非最好（圖2）。實踐證明，軸和軸瓦應是接觸一條線，才能形成供流體潤滑的油楔，但前后接觸必須均勻。以往軸承采用人工刮研方法進行修復，工作效率低，修復效果依賴刮研人員經(jīng)驗，質(zhì)量沒有保證，易造成透平機的振動。為保證油膜質(zhì)量，應優(yōu)先選用成型備件，保證透平機軸承的質(zhì)量要求，這是消除油膜半波渦動的最好辦法。

3.2 定期除垢、探傷、動平衡

透平機轉(zhuǎn)子長期運行過程中，會由于各種原因受到損傷，影響動平衡，如受到含粉塵氣流沖刷導致葉片不均勻變薄、不均勻結垢、含酸冷凝水腐蝕。由于轉(zhuǎn)子在運行過程中腐蝕、結垢并不均勻，致使轉(zhuǎn)子的動平衡遭到破壞，轉(zhuǎn)子的不平衡超過要求時會造成透平機的振動加大，損傷軸瓦、葉片。因此，應在透平機日常運行過程中噴阻垢緩蝕劑減少透平機結垢、降低葉片腐，并定期檢修透平機，清理轉(zhuǎn)子，做動平衡，以降低啟機后轉(zhuǎn)子振動。

圖2 TRT 透平機瓦面接觸情況

圖3 TRT 透平機頻譜分析

3.3 在線分析設備運行狀況

將時域信號變換至頻域加以分析的方法稱為頻譜分析（圖3）。配備頻譜分析儀器，無需拆卸設備，可在線對設備振動信號頻率、幅值進行分析，掌握設備運行狀態(tài)，判斷故障產(chǎn)生的原因及部位。對信號進行頻譜分析可以獲得很多有用信息，如獲得動態(tài)信號中的各個頻率成分和頻率分布范圍、各個頻率成分的幅值分布和能量分布，再進行比對分析即可得到主要幅度和能量分布的頻率值。根據(jù)頻譜分布可以判斷振動原因，進而做出預防性措施。

4 結論

本文分析了引起透平機振動高的原因及解決方法，將頻譜分析儀用于故障分析處理，拋棄了以往振動一升高就全面檢查、處理的辦法，使檢修處理方案更加具有針對性，降低了檢修成本，減少了檢修時間。