YLII_4000J煙氣輪機的振動監(jiān)測與故障診斷

1、第26卷第4期2006年8月動力工程Journal of P ower EngineeringV ol.26N o.4Aug.2006文章編號:100026761(2006042516205Y LII 24000J 煙氣輪機的振動監(jiān)測與故障診斷周邵萍1,蘇永升1,吳明2(1.華東理工大學機械與動力工程學院,上海200237;2.勝利油田有限公司石油化工總廠,東營257000摘要:利用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)對Y LII 24000J 型煙氣輪機的振動超標問題進行了研究。用C AM D6100動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對機組的振動進行了測試,并對測試數(shù)據(jù)、振動頻譜和軸心軌跡等進行了全面分析;結(jié)合機組的歷史狀況和

2、結(jié)構(gòu),找出了故障的原因,提出了相應的改造措施。機組改造后振動有較大幅度的降低,符合國家標準。研究結(jié)果為大型旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷提供了有用的實踐經(jīng)驗。圖8表2參7關(guān)鍵詞:自動控制技術(shù);煙氣輪機;振動;故障診斷;頻譜;軸心軌跡中圖分類號:TH442文獻標識碼:AVibration Monitoring and Fault Diagno sis ofY LII 24000J Stack 2Ga s Turbine sZHOU Shao 2ping 1,WU Ming 2,SU Yong 2sheng1(1.School of Mechanical and P ower Engineering

3、 ,East China University of Science and T echnology ,Shanghai 200237,China ;2.Shengli Oilfield C o ,Ltd.s G eneral Petrochemical Plant ,Dongying 257000,China Abstract :Excessive vibration of a Y LII 24000J stack 2gas turbine has been studied with the help of condition m onitoring and fault diagnosis

4、techniques.The vibrational behavior of the turbine was recorded by a C AM D6100dynamic m onitoring system.The testing data ,the vibration frequency spectrum and the locus of the shaft s center were all com prehensively analyzed.By considering the set s behavior in the past as well as its constructio

5、nal features ,the origin of the fault was found and retrofit measures recommended.A fter retrofitting ,vibration of the turbo 2set was markedly mitigated ,meeting national standards.Results of the research may serve as a useful practical experience in the field of condition m onitoring and fault dia

6、gnosis of large rotating machinery.Figs 8,tables 2and refs 7.K eywords :autocontrol technique ;stack 2gas turbine ;vibration ;fault diagnosis ;frequency spectrum ;shaft center s locus收稿日期:2005212205修訂日期:2006201225作者簡介:周邵萍(19662,女,碩士,副教授。研究方向為:流體機械及工程。振動分析方法是旋轉(zhuǎn)機械故障診斷中應用最廣泛、也最行之有效的方法1。目前,人們已經(jīng)用振動分析技術(shù)對大

7、型旋轉(zhuǎn)機器進行監(jiān)測和故障診斷,但多數(shù)是分析以工頻和二倍頻為主的振動,對以三倍頻為主的振動研究較少227。本文利用振動監(jiān)測與故障診斷技術(shù)對Y LII 24000J 型煙氣輪機組三倍頻為主的振動進行監(jiān)測和診斷,找出振動超標的原因,提出相應的改造措施,并對機組進行改造,效果良好,為大型旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究提供了一定的實踐經(jīng)驗。1振動監(jiān)測Y LII 24000J 型煙氣輪機組是用于60萬t 年重油催化裂化裝置,在重油催化裂化生產(chǎn)過程中占重要地位。機組包括6000kW 電機、增速機、主風機、煙氣輪機等4臺機器,其中煙氣輪機采用軸向進氣,設計功率為4000kW ,轉(zhuǎn)速為5848r min

8、 ,由它和電機共同帶動主風機,從而達到節(jié)能的目的,每年可節(jié)省電費1000萬元以上。機組的正常運行與否對整個裝置的平穩(wěn)運行乃至全廠的經(jīng)濟效益都有著很大的影響。機組自1998年投入運行以來,曾多次因振動過大停機,其中以煙氣輪機振動為主。雖經(jīng)過多次測試和檢修,解決了一些由不平衡和不對中所引起的一倍頻和二倍頻的振動問題,但自2002年卻出現(xiàn)了以三倍頻為主的振動,雖經(jīng)多次檢修,但振動仍很大,而且振動的發(fā)展趨勢將嚴重威脅到機組的安全運行。為此,我們對機組進行監(jiān)測和故障診斷。1.1測點布置和監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)Y LII 24000J 煙氣輪機組的實際情況,在煙氣輪機的前后軸承處及主風機的軸承上布置了相應的測點,在

9、煙機和風機的徑向軸承上安裝了8個探頭(圖1。傳感器的安裝方向如圖2所示。圖1煙氣論機組測點布置Fig 1The stack 2gas turbine s location of measurements圖2傳感器安裝方向Fig 2The sens ors direction of m ounting采用C AM D6100在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測該機組。它具有系統(tǒng)設置、報警信息、時域波形、軸心軌跡、軸心位置、一維頻譜、增減速過程采集、增減速Bode 圖、實時趨勢分析等功能。1.2監(jiān)測數(shù)據(jù)表1給出了C AM D6100監(jiān)測系統(tǒng)測得的其中1組數(shù)據(jù)。在表1中,CH1、CH2為煙機前軸承(或稱為東瓦2個徑向探

10、頭通道,CH3、CH4為煙機后軸承(或稱為西瓦2個徑向探頭通道,CH5、CH6為風機東軸承兩個徑向探頭通道,CH7、CH8為風機西軸承兩個徑向探頭通道,峰2峰值表示位移振幅的雙峰值。根據(jù)IS O 7919241996標準和API1612蒸汽渦輪機振動標準,本煙氣輪機組的振動標準設定振動峰峰值低于50m 為振動良好;振動值大于50m ,小于80m 屬于危險區(qū),應引起注意;大于80m 屬于不合格,監(jiān)測系統(tǒng)報警。從測試數(shù)據(jù)中可以看出,多數(shù)通道的振動峰峰值都小于50m ,振動合乎要求。但CH4通道的振動峰峰值高達76.46m ,已接近報警值80m ,有時甚至超過80m ,煙機勉強運行,但對整個機組乃至

11、整個裝置的平穩(wěn)運行構(gòu)成了極大威脅。表1各測點振動數(shù)據(jù)T ab.1Vibration data at all points of measurements通道轉(zhuǎn)速r min -1峰2峰值m58782振動分析2.1頻譜分析由于通道4的振動過大,明顯超過標準值。我們測得通道3和通道4煙機西瓦(徑向軸承的振動頻譜圖(如圖3。從圖3中可以看出:在通道3中,總振動峰2峰值達34.95m ,振幅不算高。頻率成分主要包括工頻、2倍頻及3倍頻,其中工頻與3倍頻對應的振幅相持平,2倍頻的分量和工頻及3倍頻振幅相比較小。而通道4總振動峰2峰值高達76.46m ,振幅高,接近報警值。頻率成分主要包括工頻和3倍頻,其中

12、3倍頻的振動占主導,且遠遠高于工頻,2倍頻分量幾乎沒有。2.2軸心軌跡分析軸心軌跡是軸心相對于軸承座的運動軌跡,直觀地反映了轉(zhuǎn)子瞬時運動狀態(tài),它包含著許多有關(guān)機械運轉(zhuǎn)狀態(tài)的信息,是機械設備故障診斷的一種常用方法。軸心軌跡有未濾波的軸心軌跡和提純的軸心軌跡兩種類型。圖4和圖5是通道1和2及通道3和4濾波后715第4期周邵萍,等:Y LII 24000J 煙氣輪機的振動監(jiān)測與故障診斷的軸心軌跡。可以看出:通道1和通道2濾波后的軸心軌跡是正常的運行狀態(tài),形成一個封閉的圓圈;而通道3和通道4濾波后的軸心軌跡比較紊亂,不是正常的運行狀態(tài),且形成多個封閉的不規(guī)則圓圈 。圖3通道3和通道4振動頻譜圖Fig3

13、Vibration spectrum obtained by channel3and Channel 4圖4 通道1和2的軸心軌跡(平均濾波后Fig4Shaft centers locus obtained by channel 1andchannel2(averaged after filtering圖5通道3和4的軸心軌跡(平均濾波后Fig5Shaft centers locus obtained by channel3andchannel4(averaged after filtering圖6通道1和2的軸心軌跡(不平均Fig6Shaft centers locus obtained b

14、y channel1andchannel2(not averaged圖6和圖7為通道1和2及通道3和4的不平均軸心軌跡?？梢钥闯?通道3和通道4的不平均的軸心軌跡有非常明顯的一點, 那就是軸心在4通道探頭所指直線方向上軸心密度概率相當大,軸心好像在探頭所指方向來回擺動;而通道1和通道2的不平均的軸心軌跡則與此不同,軸心密度概率在圓周方向上幾乎均等。2.3振動原因分析從上面的分析可知:機組的振動是以三倍頻為主的振動,三倍頻振動的主要原因有轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的連接松動、動靜碰摩等。轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)連接松動是指系統(tǒng)結(jié)合面存在間隙或連接剛度不足,造成機械阻力偏低、機組振動過大的一種原因。圖7通道3和4的軸心軌跡

15、(不平均Fig7Shaft centers locus obtained by channel3andchannel4(not averagedCH3和CH4所測的徑向軸承振動值最大。該軸承的軸承箱由箱體和箱蓋組成,均為鑄鋼件。軸承體為水平剖分結(jié)構(gòu),由鑄鋼制成。軸承部件固定在軸承箱內(nèi)。徑向軸承為四油葉滑動軸承,在裝配時,轉(zhuǎn)子相對于機殼的對中與定位都是用軸承箱與底座之間的墊片來調(diào)整的,并用螺栓和定位銷固定在底座上。軸承箱的具體結(jié)構(gòu)示于圖8。軸承體與軸承蓋之間因加工誤差存在間隙,且偏大,經(jīng)多次測量平均約在0.11mm,致使軸承體無垂直張緊力,必需外加鋼墊片來補充緊力。由于該間隙并非周向均勻,因此鋼

16、墊片的長短將嚴重影響軸承蓋對軸承體是否均勻束縛,進而在周向產(chǎn)生不均勻束縛剛度,尤其是垂直和水平方向上會造成更815動力工程第26卷 圖8軸承箱結(jié)構(gòu)Fig8S tructure of the bearing box大的危害。在軸承體與軸承箱的下方北側(cè)區(qū)域存在一最大為0.06mm的楔型空隙區(qū),其周向長度為下半部分軸承體長度的四分之一多,對軸承體的水平束縛不可避免地產(chǎn)生較大的負面影響,但是因為此區(qū)域成彎曲的楔型,絕不能通過外加墊鐵的方式加以補充,這樣做很有可能造成下軸承體被托起,局部與軸承箱接觸不良,造成更嚴重后果。傳統(tǒng)觀念認為,軸承蓋對軸承體的緊力越大越好,這樣束縛會越好,越不容易振動。但是從近幾

17、年勝利油田石化總廠幾個國外機組的檢修情況來看,加氫的循環(huán)氫機組,焦化和催化的機組,其軸承體所受緊力基本控制在使間隙處于00.03mm之間,多數(shù)情況下趨于零,可以認為這與水平方向的冷態(tài)束縛緊力基本是相同的。而在實際檢修中,由于國產(chǎn)煙氣輪機的制造精度不夠,有時依靠適當加大緊力(間隙不超過0.05mm來減少振動是有效的,但總體而言,并不是緊力越大越好,過大的緊力容易造成垂直和水平方向的剛度偏差太大(即不對稱,從而造成大的振動。我們過去為了防止煙氣輪機振動,軸承體緊力最大時的間隙達0.13mm。顯而易見,軸承體就變成了一個不穩(wěn)定的“被壓縮的”充滿能量的彈性體,極易因外界束縛的不均勻以及轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的

18、擾動而產(chǎn)生大的振動,顯示出非線性特征。振動特征有軸心軌跡混亂,重心漂移;頻譜除基頻外,有3倍頻等高頻成分等。根據(jù)上面的分析可以初步認為機組的通道4過大的振動是由于軸承體與軸承蓋之間因加工誤差存在偏大的間隙,靠外加鋼墊片來補充緊力,而間隙周向不均勻,從而導致軸承箱體對軸承的不均勻的束縛剛度,易導致油膜失穩(wěn)。3機組改造根據(jù)前述的理論分析和實際測試,并結(jié)合機組實際情況,采取以下改造措施:在緊力已降低的基礎(chǔ)上,改變間隙由原來的0.07mm降至0.05mm;將煙氣輪機對風機的相對冷態(tài)高度由過去的0.013mm 升為0.1mm;將冷態(tài)張口由過去的0.05mm300mm 降為0.02mm300mm,其中30

19、0mm為兩塊軸向表的表頭距離。并在探頭4所對應的瓦塊與軸承體之間加一張0.07mm的鋼皮,以消除整體軸瓦的不圓度。按上面的改造措施對機組實施改造后,機組的振動有較大幅度的降低,尤其是通道CH4的振動明顯地減小,達到有史以來的最好狀態(tài),并已平穩(wěn)運行至今,未有明顯變化。改造前后的振動數(shù)據(jù)列于表2。表2改造前后各通道的振動峰2峰值比較T ab.2Comparison of peak to peak vibration amplitudes(before and after retrofitobtained by all channels concerned 通道振動峰2峰值m改造前改造后振動降低從表

20、2數(shù)據(jù)可以看出:通道1的振動值由原來的20.13m增加到了20.44m,但變化很小,仍屬于正常振動范圍,符合標準要求;通道8的振動值由原來的30.90m增加到了33.24m,但增幅也是很小,而且振動仍屬于正常范圍,符合標準要求;其它通道的振動的幅值均有不同程度的降低,其中通道4的振幅由原來的76.46m降至33.08m,降幅達56.74%,滿足標準要求?？傊?機組經(jīng)改造后所有測點的振動的峰峰值均小于37.5m,符合國家標準。4結(jié)語本文應用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)對Y LII2 4000J煙氣輪機的振動超標問題進行了研究,找出故障原因,提出改造措施。機組改造后振動符合國家標準要求,保證了大型機組的

21、正常運行。為大型旋轉(zhuǎn)機械的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的研究提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。(下轉(zhuǎn)第562頁915第4期周邵萍,等:Y LII24000J煙氣輪機的振動監(jiān)測與故障診斷圖6氣體成分對改性蛭石吸附性能的影響(活性MnO2浸漬蛭石 Fig6E ffect of gas com position on the abs orption property of m odified roseite (roseite im pregnated with activated MnO23結(jié)論活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬后的蛭石,吸附汞蒸氣能力大大提高。與原蛭石吸附劑相比,有效吸附時間大大增加,穿透率大大降低。

22、活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬后的蛭石吸附能力大幅度提高的原因在于:改性蛭石在吸附過程中,除了物理吸附,還發(fā)生了化學吸附。與活性炭相比,蛭石價格低廉,活性MnO2浸漬和FeCl3浸漬的步驟簡單,改性所需試劑價格低廉。高效廉價的改性蛭石在汞控制方面有著很大潛力。參考文獻:1U.S.Environmental Protection Agency.Mercury studyreport to congressR.O ffice of Air Quality Planning andS tandards and O ffice of Research and Development.U.S.Envi

23、ronmental Protection AgencyA.EPA2452R2972003.December1997.rem oval with PAC from flue gases at the C oriano MSWincineration plantJ.W aste Management and R esearch,1998,16(2:183189.3Y an T Y.A N ovel Process for Hg Rem oval from G asesJ.I nd.E ng.Chem.R es,1994(33:3010.4曹清華,等.粘土-無機層間化合物的制備、表征和應用J.非金屬

24、礦,1998(3:8.5S posito G.The surface chemistry of s oilsM.New Y ork:Ox ford Univ.Press,1984.232233.6徐采棟.汞冶金的理論基礎(chǔ)M.上海:上海科學技術(shù)出版社,1964.7徐丁苗.無機化學M.北京:人民衛(wèi)生出版社,1987.273.究J.中國電機工程學報,2004,24(2:174175. 9Rebecca N.S liger,John C.K ramlich,Nick M.Marinov.T owards the development of a Chemical kinetic m odel for thehom ogeneous oxidation of mercury by chlorine speciesJ.therm odynamics tablesJ.Journal of physical andchemical reference d ata,1985(14:11856.(上接第494頁參考文獻:blade failure in a thermal power plantJ.E ngineeringF ailur