大慶石油化工分公司煉油廠二重油催化K101煙氣輪機(1999年蘭州煉油化工機械廠生產(chǎn))是重催裝置能量回收三機組配置之一，此三機組為大慶石油化工分公司關鍵性特護機組。煙氣輪機型號YLⅡ-10000K，沖動式雙級，轉速5800r/min,功率11054KW，介質為煙氣，入口溫度650℃，出口溫度471℃，入口壓力0.20MPa，出口壓力0.106MPa，流量142200m3/h。煙氣輪機在線Bently3500儀表軸振動值(峰—峰值)一直在30-50μm之間。
       1.振值升高和診斷分析
        2002年6月12日，K101煙機兩側軸振動值逐漸上升至80μm(低報警為80μm，高報警為100μm)，而主風機軸振動值無上升。儀表專業(yè)對Bently在線儀表及其線路進行校驗，確定無問題。利用(IRD  FAST TRACK)數(shù)據(jù)采集器/頻譜分析儀對煙機兩側軸振動信號進行頻譜分析，兩側1/2工頻成分占3/8，一倍工頻成分占5/8(圖1)，軸向振動比較微弱。對煙機地腳和基礎進行振動測量，并未發(fā)現(xiàn)地腳松動。

圖1 煙機軸振動頻譜

        由于軸承殼體配合松動會產(chǎn)生1/2倍或2倍工頻振動；而軸承間隙太大，即使是一種很小的激勵力（如不平衡力），也會引起很明顯的軸承振動，像K101煙機這種高速轉子，過大的軸承間隙會改變軸承的動力特性，會引起類似軸承殼體配合松動問題，從而使轉子運轉不穩(wěn)定。
        再由于，軸承油膜振蕩和葉輪中的氣體激振力及轉子與定子之間發(fā)生局部摩擦均可激起半頻振動。于是對該煙機潤滑油的溫度、壓力和負荷等進行幾次調整，振動狀況仍無改善，初步診斷為轉子平衡精度變差和轉子與定子之間發(fā)生局部摩擦。經(jīng)石化分公司和煉油廠有關人員商議決定，于2002年6月13日對K101煙機進行臨時解體檢修。
        2.煙機解體情況
        對煙機解體檢查，發(fā)現(xiàn)轉子葉片上粘積有大量煙氣攜帶的催化劑粉塵垢層，并有局部垢層脫落的，從而造成煙機轉子平衡精度變差；同時檢查發(fā)現(xiàn)轉子二級一葉片因鎖片變形而后竄，與過度環(huán)的氣封發(fā)生90°圓周左右的局部碰摩，使動葉根磨損較嚴重并出現(xiàn)微裂紋，從而進一步加劇煙機轉子平衡精度變差。
        3.轉子與定子摩擦的特征
        在高速渦輪機械中為了提高機器效率，往往把密封間隙、葉輪頂隙做得較小，以減小氣體泄漏。但是，小間隙除了會引起流體動力激振之外，還容易發(fā)生轉子與定子部件的摩擦。這種摩擦有時是不嚴重的，并不引起明顯故障，但有時卻因摩擦碰撞產(chǎn)生很大的振動，機器未停車拆檢之前常常找不出振動原因。因此，必須了解干摩擦激振的故障特征，以便及時作出診斷，防止更大事故發(fā)生。
        發(fā)生局部碰摩時，接觸力和轉子運動之間為非線性關系，使轉子產(chǎn)生次諧波和高次諧波振動響應。在次諧波響應中，對稱型的非線性振動產(chǎn)生奇次諧波響應；不對稱型的非線性振動產(chǎn)生偶次諧波響應。局部碰摩一般是不對稱的非線性振動，因此多數(shù)情況下是產(chǎn)生轉速頻率的1/2次諧波響應。
        但是，轉子實際碰摩情況比較復雜，既有對稱型又有不對稱型的非線性振動，因此在轉子的振動響應中，既有轉速為n的頻率成分f和2f，3f，…一些高次諧波成分，又有f/i的低次諧波成分（i=2,3,4…）。重摩擦時，i=2；而輕摩擦時，隨著轉速升高，會出現(xiàn)i=2,3,4,5…各個低次諧波。很顯然，從圖1的頻譜特征可看出，此次二重油催化K101煙機轉子與過度環(huán)的摩擦屬于重摩擦。
        4.轉子動不平衡的特征及分析
        轉子的質量不平衡所產(chǎn)生的離心力始終作用在轉子上，轉子每旋轉一周，就在轉子或軸承的某一測點處產(chǎn)生一次振動響應。因此它的振動頻率就是轉子的轉速頻率，即：f=1/60×n，
        轉速頻率也稱為工頻（即工作頻率），這種頻率成分很容易在頻譜圖上觀察到。轉子不平衡故障的特征是：
        (1)在轉子徑向測點的頻譜圖上，轉速頻率成分具有突出的峰值，如圖1中的最大峰值；
        (2)轉速頻率的高次諧波幅值很低，因此反映在時域上的波形很接近于一個正弦波；
        (3)除了懸臂轉子之外，對于普通兩端支承的轉子，軸向測點上的振值一般并不明顯；
        (4)實際轉子軸承并非完全線性振動系統(tǒng)，因而會出現(xiàn)一些高倍頻成分的諧波響應。
        像二重油催化K101煙機，因煙氣攜帶的催化劑粉塵在葉輪葉片上沉積，如果在葉片上沉積的比較均勻，所表現(xiàn)的振動現(xiàn)象不太明顯，一旦沉積層局部脫落或沉積不均勻，就會引起轉子不平衡而產(chǎn)生振動現(xiàn)象，往往是振幅逐漸加大，嚴重時可能產(chǎn)生轉子與定子之間的摩擦與磨損。
        此外，由于轉子二級一葉片后竄與過度環(huán)的氣封發(fā)生碰摩磨損，也會使轉子的動平衡精度變差，從而加劇轉子的軸振動。
        5.解決措施及效果
        (1)用高壓水徹底清洗煙機轉子和隔板的表面和流道；
        (2)更換煙機轉子二級一后竄而磨損的葉片；
        (3)全面檢查兩級轉子葉片的鎖片完好；
        (4)煙機轉子作低速動平衡合格；
        (5)調整兩側軸瓦徑向間隙：前側0.26mm、后側0.25mm；
        (6)軸瓦與軸承座過盈量為0.03mm；
        (7)轉子找正：煙機轉子水平高于軸流主風機轉子0.42mm，水平方向偏0.09mm，兩軸上張口0.03mm；
        (8)推力瓦軸向竄量為0.58mm。
        2002年6月21日，二重油催化K101煙機臨時檢修完畢，機組開車成功，投入系統(tǒng)運行狀態(tài)良好。
        由于蠟油催化和一重油催化煙機以往運行中，曾經(jīng)多次出現(xiàn)過因轉子葉片上粘積有煙氣攜帶的催化劑粉塵垢層，使煙機轉子平衡精度變差，引起軸振動值增大。但再繼續(xù)運行一段時間，或因轉子不同相位葉片局部粉塵垢層的脫落，又使轉子平衡精度變好，軸振動值又減小，并創(chuàng)下了煙氣輪機連續(xù)累計運行629天的記錄。
        而此次二重油催化的K101煙機軸振動值超高，已初步判斷為轉子與定子碰摩和轉子動平衡精度變差。特別是動靜的碰摩與轉子葉片積垢不同，隨時會惡變，造成設備損壞，所以決策者依據(jù)上述判斷果斷下令停機，并在解體檢修中使問題得到驗證和解決。因此，當運行機組發(fā)生問題時，要從多方面綜合地進行推理和排除，并快速作出準確的初步判斷，以確保大機組的安全運行。