2#TRT动静碰磨故障诊断

陈亚军，李 泉

（1 北京首钢股份有限公司能源部；2 北京首钢股份有限公司设备部，河北迁安，064404）

引言

某钢厂2#TRT 发电机组，2007 年2 月作为2#高炉配套完善项目投产运行，透平机为轴流反动式，级数为二级，额定转速3 000 r/min，临界转速1 850 r/min，进口压力0.196 MPa，出口压力11 kPa，结构形式为二级双支撑式，主体由定子、转子、底座等组成。透平与发电机用刚性联轴器直联。机组利用2#高炉产生的煤气余热、余压，通过透平机膨胀做功带动发电机发电，不消耗煤气也不降低煤气品质。

2#TRT 发电机组主要结构及测点分布如图1所示。

图1 2#TRT发电机组主要结构及测点分布示意图

1 故障现象描述

2017 年1 月至2018 年2 月，2#TRT 现场DCS 监控显示透平排气侧202A、202B 一直出现测点振动异常现象，两个测点振值在15～80 μm之间频繁大幅波动并报警，存在安全隐患。公司诊断小组采用多次离线监测分析均未发现问题，尔后又把怀疑重点放在自动化系统上，通过对信号电缆接线端子松动情况，传感器和延伸电缆接插件的接触情况多次排查未发现问题后，又对信号传输电缆、传感器全部进行了更换，依然无果，只能继续带病运行。

2 第一次诊断分析及处理

2.1 故障分析

（1）IMO1000 系统为陕鼓研发的在线监测与故障诊断系统，该系统能够在线智能采集并存储机组振动、转速、工艺量等信号，通过局域网向服务器传输数据，为工厂设备管理和诊断人员提供专用诊断图谱与报表。2018 年1 月18 日在2#TRT 投用，通过该系统通频振动趋势图（见图2）显示，202A、202B测点振动在15～107 μm之间大幅波动，接近报警值，存在严重的安全隐患。

图2 202A、202B测点通频振动趋势图

（2）1 月18 日-2 月5 日，一倍频振动趋势（见图3）显示，透平排气侧202A、202B 测点振动与相位同步大幅波动，202B 测点相位波动更明显。说明有动静碰磨的可能。

图3 202A、202B测点一倍频振动趋势图

（3）透平机进气侧201 瓦位和排气侧202 瓦位轴心轨迹显示：转子的涡动方向和转子转动角速度方向相反，轴心轨迹呈明显呈反进动现象。

（4）透平机进气侧201瓦位轴心位置图（见图4）和排气侧202瓦位轴心位置图（见图5）显示。

图4 透平机进气侧201瓦位测点轴心位置图

图5 透平机排气侧202瓦位测点轴心位置图

透平机轴心位置变化范围较大，说明转子稳定性较差，轴心一直在轴瓦中上下及左右变化。

2.2 故障诊断及措施

诊断结论：综合以上分析，2#TRT透平机进气侧与排气侧存在严重的动静碰磨。

故障可能原因：轴与轴瓦配合间隙存在问题；轴瓦表面存在缺陷；润滑油存在问题。

整改措施：利用2#高炉检修机会，对机组润滑油指标重新化验分析；对透平机揭瓦检查，重点复核轴瓦配合间隙，检查轴瓦表面碰磨情况及轴瓦缺陷。

2.3 整改处理情况及效果

2018 年2 月6 日，利用2#高炉检修机会对机组润滑油重新取样送检，经过理化分析润滑油指标在合格范围内，可排除润滑油存在问题因素；停机对2#TRT 透平排气侧轴瓦进行了揭盖检查。图6 可以看出202 上瓦有明显的剐蹭痕迹，复核瓦顶间隙为0.29 mm道偏下限。

图6 检修拆下的排气侧202轴承上瓦剐蹭情况

轴瓦间隙处理：对上瓦剐蹭处进行刮研处理，瓦顶间隙由原来的0.29 mm 增加至0.34 mm，瓦盖紧力控制在5道左右。

整改效果：检修结束2 月6 日起机，图7 可以看出，测点202A、202B 在轴瓦刮研后振动值均稳定在20 μm左右，通频振值较处理前有大幅下降。

图7 轴瓦刮研整改前后排气侧202轴承振动情况对比

3 第二次诊断分析及处理

3.1 故障分析

（1）2#TRT透平机测点VT202A、VT202B自2018年3 月12 日起，振动趋势又有增大的趋势，如图8所示。

图8 透平机2月6日-5月8日202测点通频振动趋势图

机组于2018 年5 月9 日开机至7 月30 日停机检修，如图9 所示，通频振动出现了很多毛刺，透平机继续出现振动波动现象，测点VT202B 最高振动超过90 μm，测点VT202A 最高振动超过80 μm，频谱能量及波动以1X为主。

图9 透平机5月9日-7月30日VT202测点通频振动趋势图

（2）透平机一倍频振动趋势如图10 所示，透平机一倍频振动和相位同步波动，透平机排气侧轴心轨迹又出现明显反进动现象，说明透平机转子和密封、轴承之间仍然存在碰磨故障。

图10 透平机VT202测点1X频振动趋势图

（3）通过2018 年5 月8 日透平机排气侧停机伯德图与2018年5月9日透平机排气侧启机伯德图对比查看，幅值和相位都差别较大，说明转子存在轴弯曲故障。

3.2 故障诊断及措施

在第一次透平机轴瓦间隙处理后，碰磨问题继续出现，说明透平机转子轴弯曲故障是导致碰磨问题的主因。对于转子平衡状态不好，存在较大的动挠度[1]，当不平衡和动静碰磨同时存在时，应首先更换新转子或重新做动平衡，平衡状况改善后，转子激振力减小，有利于消除碰磨。

整改措施：在第一次故障诊断处理（重新化验机组润滑油指标正常，重新调整透平机轴瓦配合间隙、瓦盖紧力并对轴瓦进行刮研处理后）碰磨故障继续出现，判断转子发生永久轴弯曲变形是导致碰磨发生的根本原因，结合2018年8月1日停机检修，对产生塑性弯曲变形的透平机转子进行了更换。

3.3 整改效果

2#压差发电机组2018 年9 月18 日凌晨顺利启机，从开机后运行情况看透平机轴心轨迹呈正进动，消除了反进动现象；如图11所示，检修后轴心位置趋于稳定，彻底消除了碰磨故障。

图11 透平机更换转子前、后轴心位置图

4 结论

碰磨是转子产生非常复杂的振动，对其现场诊断有一定难度。轻者使得机组出现强烈振动，严重的可以造成转轴永久性弯曲，甚至整个轴系毁坏。另外由于碰磨需要开缸处理，对大型机组来说工作量较大，要求碰磨的诊断应该有高准确性[2]。因此，碰磨的准确分析诊断无疑会有效地提高机组运行的安全性和经济性，防止重大事故发生。同时，首钢股份公司2#TRT 透平机的碰磨故障诊断对冶金企业同类大型旋转机械的故障分析也起到了借鉴作用。