汽輪機振動故障分析

時間＼2017-11-08

一、設備概述

該氨壓縮機組由汽輪機拖動壓縮機，其中汽輪機為杭州汽輪機廠生產的NK25/28/25凝汽式汽輪機，該機組額定轉速為10600 r/min，額定功率為3166KW，進汽壓力為3.43MPa（A），排汽壓力為0.012 MPa（A）,軸振動報警值44μm，

聯鎖停機值為65μm；工作機為重慶通用公司生產的KLDALH-C型壓縮機，和汽輪機之間採用撓性疊片式聯軸器聯接，該裝置於2008年投入運行。機組總貌圖如下：

圖1 氨壓縮機組總貌圖

二、故障現象

機組穩定運行時，汽輪機4個通道振動值低於25μm。據用戶回饋，該機組自2014年8月份開始，

軸兩端的4個通道每隔3-7天會出現一次較大幅度的振動波動現象。一般檢修後運行初期會比較穩定，但隨後週期性波動的問題會再次出現，且波動的幅值有逐步升高的跡象，從最初的35μm至2017年3月份大修時最大幅值接近80μm，已超過機組的聯鎖停機值。為確保生產，現場臨時將振動聯鎖門限取消。

三、故障分析

該使用者自2016年12月份安裝SG8000線上監測系統，至2017年1月13日共發生5次較大幅度的波動（圖2）。

從驅動端兩通道的1X趨勢圖上可以看出，振值波動的主要特徵頻率為1X，同時伴隨著1X相位的同步變化，但波動恢復後，相位基本可回到原數值（圖3）；波形頻譜圖內，在負峰處有輕微的削波現象，且負峰的幅值明顯低於正峰的幅值（圖4）；振動出現波動的時間段內，軸心軌跡圖呈現單邊被“削平”直線過渡的現象，且呈反進動（圖5），振動大幅波動的同時，徑向支撐軸承溫度也隨之同步變化。

圖2 汽輪機通頻趨勢圖

圖3 1X幅值及相位趨勢圖

圖4 波形頻譜圖

圖5 軸心軌跡圖

四、分析與建議

結合機組歷史運行狀況及相關圖譜分析，汽輪機內部出現了動靜件的摩擦故障，發生碰磨的部位極有可能出現在轉子與軸封、油封或軸承之間。

結合現場實際情況，由於該機組之前未投用軸端密封汽系統，軸承箱內呈負壓狀態，空氣中的灰塵、污垢、保溫棉等各種雜質可能會被帶入油擋內。同時，高溫潤滑油煙沿軸向流動在油封處與雜質聚集，經過一段時間後，會在密封齒間形成積垢、碳化。當垢層達到一定厚度時，其與轉子的接觸面積會越來越大，導致轉子的渦動不穩定，出現摩擦現象。而摩擦生熱，使轉子出現臨時性的熱彎曲，轉子的撓曲變形變大，進一步加劇了動靜件間的摩擦，從而導致機組振動的惡化。

建議有機會停機檢修時，重點檢查汽輪機軸端密封及油封位置處是否存在結焦現象，並進行清理；檢修後投用軸端密封汽和排煙設施，避免潤滑油煙進入至汽輪機內腔。

五、故障處理過程

機組於2017年1月13日-15日期間停機搶修，由於時間較短和現場的客觀條件限制等因素，僅對非驅動端的油封和軸承進行了檢查，發現油封的密封齒處均較為嚴重的焦垢層質地非常堅硬，且油封處有比較明顯的摩擦痕跡，同時在軸承的下瓦處出現了較為嚴重的偏磨現象。

圖6 非驅動端油封

圖7 非驅動轉子與油封

圖8 非驅動端軸承

此次檢修，在非驅動端加裝了軸端密封汽系統和排油煙設施，並更換了新的軸瓦。

圖9 軸端密封汽系統

圖10 排油煙設施

機組重新啟機運行約15天后，汽輪機兩端各通道再次出現振動週期性大幅波動的現象，且幅值與之前比較有所增加。

圖11汽輪機通頻趨勢圖

2017年4月廠內大修期間，對汽輪機的驅動端進行了拆解，發現該側油封齒槽內同樣存在較為嚴重的結焦現象，並有很明顯的摩擦痕跡。同時，該側下瓦也有較為嚴重的偏磨現象。

圖12 驅動端油封

圖13 驅動端軸承

而之前已經做過相應處理的非驅動端油封齒槽內非常乾淨，未出現結焦的現象。但下瓦處仍有輕微偏磨的跡象，分析原因為驅動端軸封在焦垢層達到一定厚度時與轉子接觸，造成轉子渦動的不穩定，非驅動端轉子下沉與軸承發生碰磨。

圖14 非驅動端油封

圖15 非驅動端軸承

本次檢修重點清理了油封上的焦垢層，在驅動端也加裝了軸端密封汽系統和排油煙設施，同時將原來的油楔式軸瓦改造為五塊可傾瓦型式，以提高其穩定性。

機組重新啟機運行後，汽輪機各通道振動趨勢始終較為平穩，未再出現振值大幅波動的現象。

圖16 汽輪機通頻趨勢圖

利用大型旋轉機械線上監測SG8000系統的相關圖譜，分析出造成振動異常的原因為動靜件間的摩擦。結合現場實際情況，深度分析發生摩擦的原因為高溫潤滑油煙在油封處形成積垢、碳化所致。在該機組異常故障多年存在，但始終未能找到原因的情況下，診斷工程師利用專業的理論知識和豐富的經驗，準確的定位了振動異常的故障點，並提出切實有效的解決方案，確保在較短的時間內消除故障，避免了機組的盲目檢修。保證了工廠的穩定生產，使企業的經濟效益達到了最大化。

轉子的撓曲變形變大，進一步加劇了動靜件間的摩擦，從而導致機組振動的惡化。