高爐煤氣化r機(jī)組振動(dòng)分析與處理

高等教育機(jī)構(gòu)和高壓脫平裝置（tr）是國(guó)際批準(zhǔn)的具有價(jià)值的雙重能源回收裝置。它利用了高壓機(jī)群的壓力和熱量，并通過高密度通風(fēng)裝置組的膨脹將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，以驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)電。這種發(fā)電方式既不消耗任何燃料,也不產(chǎn)生環(huán)境污染,發(fā)電成本極低,是高爐冶煉工序的重大節(jié)能減排項(xiàng)目,一般可回收高爐鼓風(fēng)機(jī)所需能量的30%左右,同時(shí)還提高了高爐頂壓的調(diào)節(jié)品質(zhì),增加了高爐產(chǎn)量,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。因此,TRT在能源綜合利用上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。TRT包括8個(gè)系統(tǒng):透平機(jī)主機(jī)系統(tǒng)、煤氣管道及大型閥門系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、給(排)水系統(tǒng)、氮?dú)饷芊庀到y(tǒng)、發(fā)配電系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。高爐煤氣余壓發(fā)電裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示,其中透平機(jī)上安裝的是Bently電渦流傳感器(靈敏度7.87mV/μm),發(fā)電機(jī)上安裝的是速度傳感器。高爐煤氣透平機(jī)組是TRT節(jié)能減排的關(guān)鍵裝置,為此,本文將就高爐煤氣透平機(jī)組出現(xiàn)頻率高的故障進(jìn)行分析,并提供相應(yīng)的解決辦法,以期推動(dòng)鋼鐵行業(yè)節(jié)能減排的技術(shù)創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展。高爐煤氣透平機(jī)組型號(hào)為WPG5.5-241/160,其基本參數(shù)為:工作轉(zhuǎn)速3000r/min、發(fā)電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速1700r/min、透平機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速3580r/min,透平機(jī)軸承跨距約為3000mm。透平機(jī)總重20.5t,透平機(jī)轉(zhuǎn)子重3.5t。軸承座為連缸軸承座,透平機(jī)與發(fā)電機(jī)為剛性直連結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)速度傳感器垂直于地面安裝,測(cè)量瓦振。高爐煤氣透平機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)均來自于原配的Bently3300監(jiān)測(cè)系統(tǒng),下述數(shù)據(jù)表中所列的各倍頻分量幅值和相位數(shù)據(jù)均是由該系統(tǒng)所測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),表中所列相位為Bently相位,所列振動(dòng)幅值與振動(dòng)信號(hào)、頻域幅值單位均為μm。一、高氣預(yù)平機(jī)組的振動(dòng)特性及數(shù)據(jù)分析1.振動(dòng)現(xiàn)象分析由于透平機(jī)組存在共振區(qū),根據(jù)工藝要求,TRT機(jī)組整個(gè)轉(zhuǎn)速控制過程分3個(gè)階段,第1階段為啟動(dòng)升轉(zhuǎn)速段,第2階段為轉(zhuǎn)速急升階段,第3階段為并網(wǎng)準(zhǔn)備升速階段。檢修前機(jī)組振動(dòng)情況如下:機(jī)組安裝后第一次試車升速時(shí),轉(zhuǎn)速在2500r/min下各點(diǎn)振動(dòng)值均在25μm以下;當(dāng)轉(zhuǎn)速升到2800r/min后,進(jìn)氣側(cè)1X振動(dòng)迅速上升;機(jī)組并網(wǎng)72h后,1X振動(dòng)值為70μm,其余各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)均在20μm左右。機(jī)組運(yùn)行一星期后,1X振動(dòng)值突然上升超過100μm,機(jī)組停機(jī),打開上機(jī)殼檢查,發(fā)現(xiàn)排氣側(cè)密封牙有磨損現(xiàn)象。第二次起車,轉(zhuǎn)速在2500r/min下的各點(diǎn)振動(dòng)值依然是均在25μm以下,當(dāng)轉(zhuǎn)速升到2800r/min后,進(jìn)氣側(cè)1X振動(dòng)迅速上升,并網(wǎng)發(fā)電一段時(shí)間后1X振動(dòng)值在120μm以上,1Y振動(dòng)值為31μm。分析以上振動(dòng)現(xiàn)象,首先針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安裝人員發(fā)現(xiàn)的1X傳感器探頭與轉(zhuǎn)子軸心位置偏離問題進(jìn)行分析,進(jìn)而對(duì)1X傳感器所采集信號(hào)是否為虛假信號(hào)的問題進(jìn)行了分析?？v觀全局,雖然傳感器探頭未對(duì)準(zhǔn)軸心位置,但不影響傳感器的正常工作,1X反映的是轉(zhuǎn)子的真實(shí)振動(dòng)情況。接著,測(cè)試人員用手持測(cè)振儀對(duì)機(jī)組進(jìn)行了檢測(cè),發(fā)現(xiàn)機(jī)組各處振動(dòng)均在10μm左右,排除了機(jī)組底座共振的可能性。就在手持式測(cè)振儀檢測(cè)完畢,并回監(jiān)控室的時(shí)候,監(jiān)控系統(tǒng)上的1X的振動(dòng)值已經(jīng)上升到了130μm,且由于高爐煉鐵工藝產(chǎn)生的拉風(fēng)沖擊會(huì)導(dǎo)致1X振動(dòng)值在130μm的基礎(chǔ)上繼續(xù)上升15~30μm,機(jī)組處于高危運(yùn)行狀態(tài)。鑒于上述情況和現(xiàn)場(chǎng)分析,測(cè)試人員在停車安裝了CSI光電鍵相傳感器后,對(duì)機(jī)組的振動(dòng)開始監(jiān)控。2.高熱效率開采機(jī)械組在旋轉(zhuǎn)控制過程中的振興值數(shù)據(jù)分析(1)機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)機(jī)組起車過程截面一、二各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)如表1所示。起車后從16:08到16:30這段時(shí)間,1Y振動(dòng)從90μm逐漸下降到了30μm。此后,機(jī)組穩(wěn)定了一段時(shí)間,重新采集各點(diǎn)數(shù)據(jù),截面一、二各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)如表2所示。機(jī)組穩(wěn)定了一晚上后,第二天重新采集各點(diǎn)數(shù)據(jù),截面一、二各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)如表3所示。為分析通過雙面加重方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子前兩階模態(tài)的平衡情況,按雙面加重后,機(jī)組起車過程截面一、二各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)則如表4、表5、表6所示。(2)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用振動(dòng)經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試人員對(duì)進(jìn)氣側(cè)軸承壓鉛絲,得到的頂隙和側(cè)隙值均為31μm,在安裝范圍內(nèi)(25~35μm),排除了軸承故障。之后決定對(duì)透平機(jī)開蓋加重,加重采用排氣側(cè)單面加重,加重大小為200g,角度為150°。但在打開箱蓋后,通過對(duì)原始加重塊的觀察,最后決定采用雙面同時(shí)加重,進(jìn)氣側(cè)加重為132.2g,角度345°;排氣側(cè)為203.1g,角度140°。經(jīng)分析,各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)幅值、相位均相對(duì)穩(wěn)定,從現(xiàn)場(chǎng)處理的角度考慮,可以通過動(dòng)平衡降低轉(zhuǎn)子激振力,從而減小振動(dòng)值。但是,在進(jìn)行動(dòng)平衡前,需要先檢查進(jìn)氣側(cè)軸承的剛度。二、高壓機(jī)組的故障分析和解決方法1.工頻分量振動(dòng)試驗(yàn)高爐煤氣透平機(jī)組處于高危運(yùn)行狀態(tài)并易于造成故障的主要原因,一是透平機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡造成的振動(dòng);二是機(jī)組管道設(shè)計(jì)不良,引起的氣流激振或轉(zhuǎn)子熱彎曲;三是高爐拉風(fēng)造成的沖擊。觀察未加重前機(jī)組起車過程工頻分量振動(dòng)數(shù)據(jù)(表1),轉(zhuǎn)子不平衡造成的1X振動(dòng)在120μm左右。并網(wǎng)后(表2、表3),1X先逐漸下降,后逐漸爬升,這部分的振動(dòng)是隨著進(jìn)氣溫度的上升和時(shí)間的推移逐漸變化的,不屬于平衡的問題,而是由管道設(shè)計(jì)的原因引起的氣流激振或轉(zhuǎn)子熱彎曲,現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)排氣側(cè)管道千斤頂位置改變,也證實(shí)了這個(gè)觀點(diǎn),如圖2所示。圖2是煤氣入口管道底部的一個(gè)彈簧支座,支座是固定在鋼筋水泥支架上的,不會(huì)移動(dòng),圖中粉筆處是開機(jī)前給該支座做的一個(gè)原始位置記號(hào),開機(jī)后發(fā)現(xiàn)管道發(fā)生了較大的位移,圖中粉筆記號(hào)和彈簧支座上的間隙就是入口管道位移。觀察加重后機(jī)組起車過程工頻分量振動(dòng)數(shù)據(jù)(表4),轉(zhuǎn)子的不平衡量已經(jīng)下降到了45μm左右,且與表4對(duì)比,機(jī)組的起車過程完全不同,截面一兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)均相對(duì)平穩(wěn),機(jī)組的平衡狀態(tài)得到了改善。并網(wǎng)后(表5、表6),相似地,1X先逐漸下降,后逐漸爬升,振動(dòng)值一直上升到了90μm。由于管道設(shè)計(jì)不良引起的振動(dòng)有待進(jìn)一步改善設(shè)計(jì)方案。2.實(shí)現(xiàn)內(nèi)部清渣檢查根據(jù)TRT系統(tǒng)振動(dòng)的現(xiàn)狀和原因分析,可以通過實(shí)施管道系統(tǒng)的改造及檢修方案來排除高爐煤氣透平機(jī)組故障。具體解決方案如下:(1)原復(fù)式拉桿位置處改選一臺(tái)復(fù)式直管壓力平衡型補(bǔ)償器,該補(bǔ)償器的功能相當(dāng)于彎管壓力平衡型補(bǔ)償器,能吸收所有方向位移;(2)在入口管道管段復(fù)式直管壓力平衡型補(bǔ)償器與連接入口的過渡管之間增加一組(2臺(tái))彈簧支座,使管道重心位于兩個(gè)彈簧滑動(dòng)支座之間;(3)在入口和出口豎直管道與水平管道拐彎處增加限位支座和限位螺栓,該裝置需現(xiàn)場(chǎng)處理;(4)由于復(fù)式直管壓力平衡型補(bǔ)償器總長(zhǎng)為3m,復(fù)式拉桿長(zhǎng)度為2m,需要將快切閥底部的滑動(dòng)支架更換為固定支架,并且需要對(duì)出入口所有滑動(dòng)支架進(jìn)行清渣處理檢查;(5)取消原入口管道加裝的鋼結(jié)構(gòu)支架,檢查所有彈簧支座受力情況;(6)上述工作完場(chǎng)后,將出入口管道機(jī)組段垂直段隔開,使管道自由下沉后恢復(fù)對(duì)接。三、r