TRT 透平机常见振动问题与排除

王从宅，伊成志

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

压差发电机组是炼铁厂的重要装备之一，主要用于回收高炉煤气的余压、余热能量。随着节能减排的推进，压差发电在钢铁行业的地位变得越来越重要，机组能否平稳运行直接关系到企业的能耗及经济效益，而振动过高是造成机组停车检修的重要原因，研究透平机组振动原因及处理措施显得尤为重要。

1 TRT 机组的生产工艺流程

首秦公司一期TRT（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，高炉煤气余压透平发电装置）系统2004 年投产，TRT装置主体设备由励磁机、发电机、透平机构成，辅助系统由进出口阀门系统、润滑油系统、液压伺服系统、冷却水系统、氮气密封系统、高/低发配电系统、自动控制系统等七大系统组成。高炉产生的煤气，由炉顶煤气立管进入集气管，然后经重力除尘器、旋风除尘，进入TRT 装置；经入口碟阀、入口插板阀、快切阀进入透平机，经透平机后煤气温度、压力降低，能量转化为透平机机械能，带动发电机发电；自透平机出来的煤气，进入低压管网，最终进入能环系统煤气柜，供全厂煤气调节使用（图1）。该透平机额定输出功率5193 kW，进口设计流量210 000 Nm3/h，进口设计压力150 kPa，进口温度150 ℃。

图1 TRT 工艺流程

2 透平机组振动高的原因

2.1 动平衡状况差

高炉煤气经重力及干法除尘后，仍然有一定粉尘含量，运行过程中会逐渐在转子叶片上结垢，到达一定厚度后不均匀脱落，影响动平衡，这是造成透平机振动逐渐升高的主要原因。

2.2 油膜涡动引起的低频振动

油润滑滑动轴承工作时，轴径与轴瓦不直接接触，其间有一层薄的油膜支撑轴径，同时起到润滑、冷却作用。轴径高速旋转时，油膜并非厚薄均匀，而是呈楔形，楔形油膜按油的平均流速带动轴绕轴瓦中心转动，这种现象称为油膜涡动。如果轴承稳定性不好，会导致油膜涡动，引起低频振动，其振动频率一般为0.4～0.6 倍频。低频振动产生与转子振动不合拍的激振力，降低轴、轴瓦的使用寿命，使转子振动位移增大，可能引起轴瓦的锡合金脱落，导致轴颈磨损或断裂，严重时可造成叶片折断，酿成重大设备、安全事故。

2.3 电机转子与透平机转子不同心造成的振动

理想状态下透平机转子与电机转子轴心应位于一条直线上，但由于加工制造、安装存在一定误差，不可能做到完全同心。机组运行后透平机做功介质为高炉煤气，温度较高，由于热胀冷缩原因，透平机转子中心高会比机组运行前有所抬升。因此，安装时应让透平机转子轴心比发电机转子轴心略低，但实际情况复杂，低多少在量上不好掌握，可能造成振动。

2.4 工况变化过大引起的振动增大

机组在平稳运转情况下已经形成了平衡状态，当外界工况缓慢变化时，机组可以缓慢适应，达到新的平衡；当外界工况，如温度等变化过快，则可能造成热胀冷缩不均匀，导致发电机与透平机之间定心变差，导致振动升高。

3 振动问题的解决措施

3.1 轴瓦选择

轴瓦选择合理，保证轴径、轴瓦间隙符合要求，避免轴瓦二次加工或刮研，是减少透平机振动的有效措施之一。透平机、发电机轴承直接影响两轴的平行度，轴承若选择不合理，会造成轴系振动加剧，缩短轴承使用寿命。轴承座压盖与轴瓦过盈量是否合理也是保证透平机稳定运行的关键因素之一，过盈量过小时压紧力低，易造成振动；过盈量过大会降低顶部间隙，不利于润滑。有些钳工刮研轴瓦时，控制轴与轴瓦的接触角度为60°，这样效果并非最好（图2）。实践证明，轴和轴瓦应是接触一条线，才能形成供流体润滑的油楔，但前后接触必须均匀。以往轴承采用人工刮研方法进行修复，工作效率低，修复效果依赖刮研人员经验，质量没有保证，易造成透平机的振动。为保证油膜质量，应优先选用成型备件，保证透平机轴承的质量要求，这是消除油膜半波涡动的最好办法。

3.2 定期除垢、探伤、动平衡

透平机转子长期运行过程中，会由于各种原因受到损伤，影响动平衡，如受到含粉尘气流冲刷导致叶片不均匀变薄、不均匀结垢、含酸冷凝水腐蚀。由于转子在运行过程中腐蚀、结垢并不均匀，致使转子的动平衡遭到破坏，转子的不平衡超过要求时会造成透平机的振动加大，损伤轴瓦、叶片。因此，应在透平机日常运行过程中喷阻垢缓蚀剂减少透平机结垢、降低叶片腐，并定期检修透平机，清理转子，做动平衡，以降低启机后转子振动。

图2 TRT 透平机瓦面接触情况

图3 TRT 透平机频谱分析

3.3 在线分析设备运行状况

将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析（图3）。配备频谱分析仪器，无需拆卸设备，可在线对设备振动信号频率、幅值进行分析，掌握设备运行状态，判断故障产生的原因及部位。对信号进行频谱分析可以获得很多有用信息，如获得动态信号中的各个频率成分和频率分布范围、各个频率成分的幅值分布和能量分布，再进行比对分析即可得到主要幅度和能量分布的频率值。根据频谱分布可以判断振动原因，进而做出预防性措施。

4 结论

本文分析了引起透平机振动高的原因及解决方法，将频谱分析仪用于故障分析处理，抛弃了以往振动一升高就全面检查、处理的办法，使检修处理方案更加具有针对性，降低了检修成本，减少了检修时间。