楊曙東，亓振寶，亓 彬，魏佑峰

（1 山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100；2 萊鋼集團(tuán)藍(lán)天公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

TRT 發(fā)電系統(tǒng)的主要包含透平機(jī)、發(fā)電機(jī)組、勵(lì)磁系統(tǒng)、高低壓發(fā)電、配電系統(tǒng)、動(dòng)力油系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、供水和排水系統(tǒng)，以及大型閥門系統(tǒng)等。該系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜，并且需要在高溫高壓條件下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在運(yùn)行中易發(fā)生故障風(fēng)險(xiǎn)，其中發(fā)電機(jī)組的故障發(fā)生率相對(duì)較高，而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組故障的最主要風(fēng)險(xiǎn)就是因非正常振動(dòng)、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等因素所引起的振動(dòng)故障，如故障不能快速處理，便會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)惡化，導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)幅度和頻率增加，加速機(jī)組的磨損損壞，最終無(wú)法正常工作而停機(jī)。所以必須要及時(shí)對(duì)TRT 機(jī)組振動(dòng)故障進(jìn)行判斷分析，快速做出相應(yīng)的處理措施，將故障影響降至最低。

2 余壓回收透平發(fā)電機(jī)組故障分析

2.1 非正常振動(dòng)

非正常振動(dòng)主要體現(xiàn)在下述幾方面：（1）機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)參數(shù)偏差是導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)故障的一個(gè)重要原因。造成該情況的主要因素是機(jī)械設(shè)備操作人員的人為失誤，或設(shè)備維護(hù)維修人員對(duì)機(jī)械設(shè)備的內(nèi)部參數(shù)調(diào)整不合理，造成零件松動(dòng)。上述問(wèn)題在日常工作中不易發(fā)現(xiàn)，但其后果影響非常大，不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常，工作效率大大降低，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致相關(guān)零部件耗損嚴(yán)重，甚至直接損毀硬件。（2）設(shè)備零件松動(dòng)也是造成發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的最主要原因之一，由于高爐煉鐵環(huán)境因素的影響，機(jī)械零部件在熱脹冷縮的過(guò)程中就可能發(fā)生運(yùn)行異常，進(jìn)而導(dǎo)致零部件松動(dòng)［1］。（3）機(jī)械設(shè)備電功率不穩(wěn)定。該類故障發(fā)生率相對(duì)較低，但是在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中仍存在一定的可能性。電功率不穩(wěn)定會(huì)嚴(yán)重影響相關(guān)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)速度不穩(wěn)定、設(shè)備損壞、短路等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常。除了外接電源電壓不穩(wěn)定外，設(shè)備內(nèi)部電路故障也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)功率不穩(wěn)定，在發(fā)生故障時(shí)必須及時(shí)進(jìn)行原因排查，消除安全隱患。

2.2 超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)

高爐設(shè)備基本都需持續(xù)不間斷生產(chǎn)，無(wú)時(shí)無(wú)刻都會(huì)產(chǎn)生大量煤氣，這就導(dǎo)致TRT機(jī)組持續(xù)超負(fù)荷工作。一般情況下，機(jī)械設(shè)備都會(huì)預(yù)留一定的超負(fù)荷空間，即便機(jī)械設(shè)備超出額定功率和負(fù)荷，但只要不超過(guò)預(yù)留的最大負(fù)荷值，短期的超負(fù)荷工作對(duì)機(jī)械設(shè)備造成的損害比較小，并不會(huì)造成機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障頻發(fā)的現(xiàn)象。但是超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，機(jī)組內(nèi)的相關(guān)零部件就會(huì)因超負(fù)荷運(yùn)行出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，尤其對(duì)于部分精密零部件，其使用壽命、工作精度等都會(huì)降低。當(dāng)磨損達(dá)到一定程度時(shí)，零部件就會(huì)出現(xiàn)損壞，進(jìn)而引起機(jī)組故障，這不僅會(huì)給鋼鐵企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，還易引發(fā)安全事故。

3 余壓回收透平機(jī)組振動(dòng)故障處理措施

3.1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息檢測(cè)管理系統(tǒng)

運(yùn)用信息化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)械設(shè)備數(shù)據(jù)信息的時(shí)時(shí)在線監(jiān)控，并準(zhǔn)確識(shí)別相關(guān)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行信息，提取故障的特征，明確故障的類型和故障區(qū)域，及時(shí)將故障信息通知相關(guān)運(yùn)維人員，從而為TRT 機(jī)組的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供有效保障。例如小波變換、經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解以及固有時(shí)間尺度分解等技術(shù)都能夠準(zhǔn)確提取故障的信號(hào)特征。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)信息檢測(cè)管理系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械設(shè)備發(fā)電建設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成，前者主要是利用信息化系統(tǒng)對(duì)相應(yīng)的遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)算處理后，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將指令輸送至監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)下的遠(yuǎn)程設(shè)備。后者則是利用信息化技術(shù)遠(yuǎn)程操控機(jī)械設(shè)備發(fā)電數(shù)據(jù)采集信息系統(tǒng)，使其自動(dòng)對(duì)煤氣發(fā)電運(yùn)行各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，并將采集到的數(shù)據(jù)信息自動(dòng)錄入數(shù)據(jù)資料庫(kù)。實(shí)現(xiàn)對(duì)TRT 機(jī)組信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集管理，提升了工作效率和效益。

3.2 科學(xué)保養(yǎng)機(jī)械設(shè)備預(yù)防故障

機(jī)械設(shè)備的日常維護(hù)工作非常重要，對(duì)于易磨損的設(shè)備和零部件需要做好潤(rùn)滑管理，并保持機(jī)械設(shè)備間通風(fēng)溫度適宜，實(shí)時(shí)檢查設(shè)備散熱、積塵的情況，避免因?yàn)樯岵患皶r(shí)或者灰塵積聚嚴(yán)重而引發(fā)通風(fēng)散熱方面的問(wèn)題，不利于機(jī)組設(shè)備的正常運(yùn)行。同時(shí)為了預(yù)防機(jī)械設(shè)備因咬合問(wèn)題所引起的振動(dòng)，需要對(duì)設(shè)備內(nèi)部的螺栓、齒輪等零件進(jìn)行咬合校準(zhǔn)，并做好墊片保養(yǎng)，盡可能地避免因零件錯(cuò)位而造成的機(jī)械設(shè)備振動(dòng)。除日常維護(hù)工作外，機(jī)械設(shè)備的全面保養(yǎng)維修也是必不可少的，比如灰塵清理、磨損零件更換、零件保養(yǎng)、電路維護(hù)等［2］，這樣才能夠延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命，降低使用成本，提高機(jī)組運(yùn)行效益。

3.3 不定時(shí)設(shè)備維護(hù)分析工作

同時(shí)TRT 機(jī)組設(shè)備管理部門應(yīng)建立專門的巡邏檢查機(jī)制，不定時(shí)檢查各相關(guān)機(jī)組設(shè)備設(shè)施，尤其對(duì)于高負(fù)荷運(yùn)行的零部件或者易磨損零部件，必須加強(qiáng)維護(hù)檢查。通過(guò)各種高新技術(shù)、精密儀器詳細(xì)檢查機(jī)組零部件有無(wú)問(wèn)題，全面排查各種設(shè)備故障隱患，確保TRT機(jī)組零故障零異常運(yùn)行。

4 應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 TRT發(fā)電機(jī)組基本情況

TRT煤氣透平機(jī)與發(fā)電機(jī)用剛性聯(lián)軸器聯(lián)接，3 000 r/min 轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子，電機(jī)為箱式結(jié)構(gòu)。TRT 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)：電機(jī)型號(hào)QFR-22-2R；轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度4 000 mm；二倍頻f2=2 Hz，f=100 Hz；一階臨界轉(zhuǎn)1 680 r/min；機(jī)組主軸頻率50 Hz；額定功率22 MW。

4.2 檢測(cè)及分析過(guò)程

4.2.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置情況

TRT發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)，包括透平機(jī)、聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)、軸瓦等幾部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和測(cè)點(diǎn)步驟，見(jiàn)圖1。

圖1 TRT發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及測(cè)點(diǎn)布置

4.2.2 機(jī)組診斷分析與處理

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程及振動(dòng)檢測(cè)分析。發(fā)電機(jī)組于2013 年5 月投入使用，在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值過(guò)大，并于2013年6月更換了3#軸瓦；2014年6月3#瓦特振動(dòng)過(guò)大，發(fā)電機(jī)組經(jīng)中心調(diào)整后再次運(yùn)行；2014年11 月，3#軸瓦的振動(dòng)非常劇烈，最大值超過(guò)130 μm。經(jīng)過(guò)頻段檢查后，對(duì)發(fā)電機(jī)組做出停機(jī)處理。停機(jī)前發(fā)電機(jī)組的內(nèi)置振動(dòng)值如表1所示（轉(zhuǎn)速為3 000 r/min）。

表1 自帶檢測(cè)振動(dòng)值 μm

根據(jù)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析表1 以及相關(guān)檢測(cè)圖譜可知，發(fā)電機(jī)的軸向振動(dòng)為21.66 mm/s，3#軸瓦的垂直振動(dòng)為7.91 mm/s。軸向振動(dòng)躍為最大徑向的50%。經(jīng)研究后得出：（1）當(dāng)激振力不平衡時(shí)，發(fā)電機(jī)組將主要表現(xiàn)在兩個(gè)層面上，分別會(huì)引起軸系的徑向和軸向振動(dòng)，頻譜顯示軸向振動(dòng)大大超過(guò)了徑向振動(dòng)。在充分考慮轉(zhuǎn)矩振動(dòng)可能性的情況下，分析發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸系的平衡精度相對(duì)比較低。（2）3#軸瓦徑向振動(dòng)頻帶有二倍頻成分，造成的原因可能是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的對(duì)中很差，必須進(jìn)一步對(duì)3#軸瓦的安裝精度以及軸瓦和軸枕的對(duì)準(zhǔn)做出檢查。（3）充分考慮3#軸瓦的劇烈振動(dòng)，還需要對(duì)軸承座的基礎(chǔ)安裝剛度進(jìn)行檢查，以確保其符合相關(guān)的要求。

機(jī)組振動(dòng)缺陷處理過(guò)程。先對(duì)軸瓦進(jìn)行查驗(yàn)，軸瓦的側(cè)空隙偏小，軸頸與瓦包角不足，出現(xiàn)輕度的擦瓦印痕；透平機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸中心成下張嘴，張口的角度超出正常值達(dá)到0.08 mm（正常值為0.03 mm以下）；另外3#軸承座二次灌漿層與一次灌漿層之間出現(xiàn)了脫節(jié)問(wèn)題。碾磨3#軸瓦基礎(chǔ)，觸碰度達(dá)到80%之上，確保3#軸瓦枕力與其空隙調(diào)節(jié)在有效范圍內(nèi)；碾磨4#軸瓦電動(dòng)機(jī)基座，使其中心下降0.72 mm，做好發(fā)透平機(jī)軸和電機(jī)軸的對(duì)中工作，調(diào)解發(fā)電機(jī)的電機(jī)定子與電機(jī)轉(zhuǎn)子的間隙；由于在有效時(shí)間內(nèi)處理二次灌漿層裂紋的難度系數(shù)大，所以只采取了緊固基礎(chǔ)螺栓的措施。解決完后進(jìn)行試車，發(fā)電機(jī)組在過(guò)臨界值轉(zhuǎn)速比1 680 r/min時(shí)振動(dòng)頻率尚在可接納范疇內(nèi)，升速到2 200 r/min進(jìn)行暖機(jī)，暖機(jī)后持續(xù)升速到2 950 r/min 時(shí)，振動(dòng)頻率成直線升高，究其原因是由于3#軸瓦支撐剛度不夠，同時(shí)還在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)出3#軸瓦基礎(chǔ)振動(dòng)值超出正常范圍0.05 mm 以上，必須要緊急停機(jī)并及時(shí)解決問(wèn)題。綜合考量對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行處理可能會(huì)產(chǎn)生巨大影響，而且檢修周期較長(zhǎng)，遂采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡來(lái)減少振動(dòng)值，現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡在測(cè)點(diǎn)3處加重696 g，在測(cè)點(diǎn)4處加重699 g，兩配重相位相差180°。

4.3 試車情況

在完成檢修試車到3 000 r/min 后機(jī)組并網(wǎng)帶負(fù)荷，3#軸瓦振動(dòng)值不斷減小，在振動(dòng)穩(wěn)定后重新檢測(cè)，參照ISO 3945 振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)評(píng)價(jià)為達(dá)標(biāo)。振動(dòng)幅值數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 處理后檢測(cè)振動(dòng)幅值 μm

5 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，TRT發(fā)電機(jī)組能夠充分利用高爐爐頂煤氣的熱能和壓力能，將其轉(zhuǎn)化為電能，提高資源利用率，為冶金企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段需要積極分析和研究TRT機(jī)組振動(dòng)故障，明確故障的原因，做好對(duì)TRT 發(fā)電機(jī)組的維護(hù)檢修，最大程度保證其高效運(yùn)行，不斷提升機(jī)組運(yùn)行效益。