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【摘 要】 本文分析了导致烟气轮机振动产生的原因，并采取相应的措施减缓及消除振动影响。
【关键词】 烟气轮机 振动
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.09.005
某厂EAGM主风机-烟机透平机是催化装置的烟气能量回收机组。机组包括烟气透平机、主风机、变速箱、电机/发电机以及润滑油系统、动力油系统、调节控制系统等。烟气透平机由美国英格索兰公司制造。以下为E-232烟气透平机工作参数：
烟气中催化剂浓度：≤0.2g/nm3
入口压力：3.18kg/cm2
入口温度：700℃
烟气流量：1666Nm3/min
出口压力：1.08kg/cm2
总效率：86.4%
转速：6363RPM
动平衡精度等级：G1.4
残余不平衡量：18g.cm
该机组是催化装置的核心部分。该机组长、稳、优运转能带来巨大的经济效益。但是，E-232烟气透平机工作条件非常恶劣，经常出现事故，尤其是振动问题造成巨大的损失。这几次的振动情况各不相同，我们通过几次检修解决了各种振动，并总结出几种振动原因及避免振动的方法和提高工作效率的方法。
1 催化剂结垢造成的振动
笔者在巡检中发现E-232烟气透平机的联轴端径向瓦垂直方向振动，振动值高达90μm（高报63.5μm、高高报88μm）。2月后停机抢修。检测轴瓦间隙，非联轴端轴瓦径向间隙0.149μm（标准：0.13～0.16μm），联轴端轴瓦径向间隙0.09μm（标准：0.08～0.11μm），止推瓦间隙0.42μm（标准：0.38～0.46μm）动叶叶顶与导流环间隙如表1。
表1
从各部间隙看，烟气透平机的振动与装配间隙无关。另外，在轮毂上有催化剂结垢物而且非常坚硬，并且在一级轮毂上有400mm左右的脱落痕迹。将转子清扫干净之后，送到沈阳鼓风机厂做动平衡实验。实验数据如下：动平衡转速420转/s，残余不平衡值36.8g.cm。由此分析：由于蒸汽冷却系统的排凝管堵塞，造成冷凝水无法排到室外，蒸汽只能随着烟气排走，又由于烟气中的催化剂浓度超标，蒸汽与催化剂在机壳内结合，而且，不断地在一级轮毂的表面堆积，同时，催化剂又不断地冲刷着一级、二级动叶，使转子不断地达到新的动平衡。但是，结垢物脱落之后，动平衡立即被破坏，造成烟气透平机振动。
本次的解决方法是将排凝管线全部更换，将管径加粗，并严格控制烟气中的催化剂浓度不超过0.2ɡ/Nm3。
2 热变形引起振动
半年后烟气透平机又发生不正常振动，振值高达100μm。检测轴瓦间隙正常，但是，烟气透平机的一级动叶叶顶磨损非常严重，一级导流环的上部严重变形（向下凹）并有刮磨痕迹。推断振动原因是由于一级动叶叶顶与一级导流环刮磨造成的。一级导流环上部变形，在上次检修就已经存在。但是，当时没有新的一级导流环，针对变形的地方进行切削处理，切削后的一级导流环上部变薄。装配时保证了一级动叶叶顶与一级导流环之间的间隙。变形原因分析：切削之后，切削的地方存在应力，而且应力没有消除，应力的来源于一级进气机壳的变形，变形如图1。
壳体的左右尺寸比上下的尺寸大，导流环与壳体靠螺栓连接，壳体变形也引起一级导流环的变形。
由于烟气透平机工作温度是700℃，导致一级围带切削部位变形加剧。本次检修，更换了一级导流环，但是，由于机壳的变形，一级导流环固定后也是椭圆。为保证一级动叶叶顶与一级导流环的最小间隙，将烟机动叶叶顶切削。切削后，转子做动平衡后，安装。刮磨引起的振动避免了，但是由于动叶叶顶的切削，使动叶叶顶与导流环之间的间隙变大，也使烟机的工作效率降低。
3 避免机壳热变形引起的振动
两年后该厂决定更换烟气透平机的转子。由于烟气透平机的一级进气机壳已有十几年没有更换，烟机在700℃的高温下工作，机壳已经变形（如前所述）。当转子推入机壳内，开始找正时，一级动叶叶顶与一级围带已经顶上，无法盘车。为了控制一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙为1.14mm～1.65mm，将一级进气机壳向后移动。然后，对烟气透平机和主风机找正，找完正之后，再将一级进气机壳向前移动。在保证一级动叶叶顶与一级导流环最小间隙在1.14mm～1.65mm之间后，一级进气机壳比原来的位置向后移动了10mm。一级进气机壳的左右和下部各有一个支座，用于固定一级进气机壳。由于机壳向后移动，支座上的定位销与销孔的位置也发生了变化。为了保证定位作用，在底座上焊两个顶板并钻孔、攻丝安装两个顶丝（如图2）。
两个顶丝顶在一级进气机壳的支座上。定位时，在一级进气机壳的上下左右各架一块百分表，以二级排气机壳为基准，控制一级进气机壳与二级排气机壳的水平度。由于，一级进气机壳向后移，一、二机壳的距离也增加了10mm。将二级护罩止口相应地切削10mm，以保证一、二级机壳的距离。这样，即保证了一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙，也避免了导流环引起的刮磨振动，烟气透平机的效率也没有下降。
4 催化剂冲蚀烟气透平机动叶的振动
烟气中的催化剂浓度超标，同样能引起烟气透平机的振动。英格索兰公司提供的随机文件中，明确指出，催化剂浓度应小于0.2g/nm3。上述的透平机振动就是一个典型的催化剂浓度超标引起振动的案例。从1月起，烟气透平机的联轴端振值逐渐升高，到2月份，振值高达90μm。通过频谱显示，烟气透平机转子的动平衡遭到破坏而引起振动。另外，对烟气中的催化剂浓度进行检测，浓度高达1.5g/nm3。由于振动过高、催化剂浓度也过高，对烟气透平机进行停机检修。拆检之后。烟气透平机的一、二级动叶叶顶磨损的非常严重，叶顶最大磨损12mm，最小磨损5nm，如图3。二级静叶上有大量的催化剂结垢物，如图4。
由于催化剂把动叶叶顶冲蚀成不规则的形状，转子的动平衡遭到破坏，又由于二级静叶上有大量的催化剂硬块，使烟气通过二级静叶时，气流不均匀，不均匀的气流作用在动叶上，使动叶受力不均匀，这也使转子的动平衡破坏的又一种原因。
5 结论
引起烟气透平机的振动是多方面的，在检修时，首先要正确装配各轴瓦，使间隙符合标准，这样，可以避免因轴瓦间隙超差引起振动。联轴器对中也是引起振动的主要原因。另外，还要注意，对中之后，再调整、定位一级进气机壳和二级排气机壳，使一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙符合标准，这样，可以排除因轴瓦间隙及动叶刮磨引起的振动。
另外，由于催化剂含量超标引起的振动也是不容忽视的，一方面，催化剂冲蚀一、二级动叶，使动叶的叶顶和叶根磨损，引起动平衡破坏。另一方面，催化剂填充到静叶中，使气流不能平稳地进入静叶中，气流不能均匀地作用到动叶上，也能引起振动。
参考文献
[1]王福利主编.石油化工厂设备检修手册——压缩机组. 中国石化出版社，2014
[2]黄志坚，高立新，廖一凡.机械设备振动故障检测与诊断.化学工业出版社，2010
作者简介
唐西平，高级工程师，现从事质量检验工作。
（责任编辑：张晓明）
【关键词】 烟气轮机 振动
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.09.005
某厂EAGM主风机-烟机透平机是催化装置的烟气能量回收机组。机组包括烟气透平机、主风机、变速箱、电机/发电机以及润滑油系统、动力油系统、调节控制系统等。烟气透平机由美国英格索兰公司制造。以下为E-232烟气透平机工作参数：
烟气中催化剂浓度：≤0.2g/nm3
入口压力：3.18kg/cm2
入口温度：700℃
烟气流量：1666Nm3/min
出口压力：1.08kg/cm2
总效率：86.4%
转速：6363RPM
动平衡精度等级：G1.4
残余不平衡量：18g.cm
该机组是催化装置的核心部分。该机组长、稳、优运转能带来巨大的经济效益。但是，E-232烟气透平机工作条件非常恶劣，经常出现事故，尤其是振动问题造成巨大的损失。这几次的振动情况各不相同，我们通过几次检修解决了各种振动，并总结出几种振动原因及避免振动的方法和提高工作效率的方法。
1 催化剂结垢造成的振动
笔者在巡检中发现E-232烟气透平机的联轴端径向瓦垂直方向振动，振动值高达90μm（高报63.5μm、高高报88μm）。2月后停机抢修。检测轴瓦间隙，非联轴端轴瓦径向间隙0.149μm（标准：0.13～0.16μm），联轴端轴瓦径向间隙0.09μm（标准：0.08～0.11μm），止推瓦间隙0.42μm（标准：0.38～0.46μm）动叶叶顶与导流环间隙如表1。
表1
从各部间隙看，烟气透平机的振动与装配间隙无关。另外，在轮毂上有催化剂结垢物而且非常坚硬，并且在一级轮毂上有400mm左右的脱落痕迹。将转子清扫干净之后，送到沈阳鼓风机厂做动平衡实验。实验数据如下：动平衡转速420转/s，残余不平衡值36.8g.cm。由此分析：由于蒸汽冷却系统的排凝管堵塞，造成冷凝水无法排到室外，蒸汽只能随着烟气排走，又由于烟气中的催化剂浓度超标，蒸汽与催化剂在机壳内结合，而且，不断地在一级轮毂的表面堆积，同时，催化剂又不断地冲刷着一级、二级动叶，使转子不断地达到新的动平衡。但是，结垢物脱落之后，动平衡立即被破坏，造成烟气透平机振动。
本次的解决方法是将排凝管线全部更换，将管径加粗，并严格控制烟气中的催化剂浓度不超过0.2ɡ/Nm3。
2 热变形引起振动
半年后烟气透平机又发生不正常振动，振值高达100μm。检测轴瓦间隙正常，但是，烟气透平机的一级动叶叶顶磨损非常严重，一级导流环的上部严重变形（向下凹）并有刮磨痕迹。推断振动原因是由于一级动叶叶顶与一级导流环刮磨造成的。一级导流环上部变形，在上次检修就已经存在。但是，当时没有新的一级导流环，针对变形的地方进行切削处理，切削后的一级导流环上部变薄。装配时保证了一级动叶叶顶与一级导流环之间的间隙。变形原因分析：切削之后，切削的地方存在应力，而且应力没有消除，应力的来源于一级进气机壳的变形，变形如图1。
壳体的左右尺寸比上下的尺寸大，导流环与壳体靠螺栓连接，壳体变形也引起一级导流环的变形。
由于烟气透平机工作温度是700℃，导致一级围带切削部位变形加剧。本次检修，更换了一级导流环，但是，由于机壳的变形，一级导流环固定后也是椭圆。为保证一级动叶叶顶与一级导流环的最小间隙，将烟机动叶叶顶切削。切削后，转子做动平衡后，安装。刮磨引起的振动避免了，但是由于动叶叶顶的切削，使动叶叶顶与导流环之间的间隙变大，也使烟机的工作效率降低。
3 避免机壳热变形引起的振动
两年后该厂决定更换烟气透平机的转子。由于烟气透平机的一级进气机壳已有十几年没有更换，烟机在700℃的高温下工作，机壳已经变形（如前所述）。当转子推入机壳内，开始找正时，一级动叶叶顶与一级围带已经顶上，无法盘车。为了控制一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙为1.14mm～1.65mm，将一级进气机壳向后移动。然后，对烟气透平机和主风机找正，找完正之后，再将一级进气机壳向前移动。在保证一级动叶叶顶与一级导流环最小间隙在1.14mm～1.65mm之间后，一级进气机壳比原来的位置向后移动了10mm。一级进气机壳的左右和下部各有一个支座，用于固定一级进气机壳。由于机壳向后移动，支座上的定位销与销孔的位置也发生了变化。为了保证定位作用，在底座上焊两个顶板并钻孔、攻丝安装两个顶丝（如图2）。
两个顶丝顶在一级进气机壳的支座上。定位时，在一级进气机壳的上下左右各架一块百分表，以二级排气机壳为基准，控制一级进气机壳与二级排气机壳的水平度。由于，一级进气机壳向后移，一、二机壳的距离也增加了10mm。将二级护罩止口相应地切削10mm，以保证一、二级机壳的距离。这样，即保证了一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙，也避免了导流环引起的刮磨振动，烟气透平机的效率也没有下降。
4 催化剂冲蚀烟气透平机动叶的振动
烟气中的催化剂浓度超标，同样能引起烟气透平机的振动。英格索兰公司提供的随机文件中，明确指出，催化剂浓度应小于0.2g/nm3。上述的透平机振动就是一个典型的催化剂浓度超标引起振动的案例。从1月起，烟气透平机的联轴端振值逐渐升高，到2月份，振值高达90μm。通过频谱显示，烟气透平机转子的动平衡遭到破坏而引起振动。另外，对烟气中的催化剂浓度进行检测，浓度高达1.5g/nm3。由于振动过高、催化剂浓度也过高，对烟气透平机进行停机检修。拆检之后。烟气透平机的一、二级动叶叶顶磨损的非常严重，叶顶最大磨损12mm，最小磨损5nm，如图3。二级静叶上有大量的催化剂结垢物，如图4。
由于催化剂把动叶叶顶冲蚀成不规则的形状，转子的动平衡遭到破坏，又由于二级静叶上有大量的催化剂硬块，使烟气通过二级静叶时，气流不均匀，不均匀的气流作用在动叶上，使动叶受力不均匀，这也使转子的动平衡破坏的又一种原因。
5 结论
引起烟气透平机的振动是多方面的，在检修时，首先要正确装配各轴瓦，使间隙符合标准，这样，可以避免因轴瓦间隙超差引起振动。联轴器对中也是引起振动的主要原因。另外，还要注意，对中之后，再调整、定位一级进气机壳和二级排气机壳，使一、二级动叶叶顶与一、二级导流环的间隙符合标准，这样，可以排除因轴瓦间隙及动叶刮磨引起的振动。
另外，由于催化剂含量超标引起的振动也是不容忽视的，一方面，催化剂冲蚀一、二级动叶，使动叶的叶顶和叶根磨损，引起动平衡破坏。另一方面，催化剂填充到静叶中，使气流不能平稳地进入静叶中，气流不能均匀地作用到动叶上，也能引起振动。
参考文献
[1]王福利主编.石油化工厂设备检修手册——压缩机组. 中国石化出版社，2014
[2]黄志坚，高立新，廖一凡.机械设备振动故障检测与诊断.化学工业出版社，2010
作者简介
唐西平，高级工程师，现从事质量检验工作。
（责任编辑：张晓明）