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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)