某320MW汽輪機組軸承油膜渦動原因探索與處理

楊森

【摘 要】 對三門峽電廠#2汽輪機低壓轉(zhuǎn)子軸承突發(fā)性振動情況進行診斷，根據(jù)其振動特征判斷為非典型油膜渦動，對油膜渦動形成的原因與處理方法進行深入的闡述，并通過調(diào)整軸承頂隙和標高的方法解決該機組的問題，取得良好的效果。

【關鍵詞】 汽輪機組 油膜渦動 處理

1 機組簡介

三門峽電廠#2汽輪機為東方汽輪機廠生產(chǎn)的亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸、純凝汽式，型號為N320-16.7/537/537-Ⅲ型，其軸系如圖1所示。該機組#3、4軸承為橢圓形軸承，軸承直徑480mm，長度336mm，長徑比為0.7。該機組于2013年12月結(jié)束大修后并網(wǎng)運行正常。

2 振動現(xiàn)象與分析

2014年1月該機組負荷310MW時#3、4軸承出現(xiàn)突發(fā)性振動現(xiàn)象，最大達到220μm，緩慢將負荷降至250MW后振動趨于穩(wěn)定。對#3、4軸承處架設數(shù)據(jù)采集儀器后再次進行變負荷試驗，當負荷升至306MW時，#3、4軸承再次出現(xiàn)突發(fā)性振動現(xiàn)象。一分鐘之內(nèi)，3x、3y、4x、4y軸振動分別由48μm、38μm、19μm和37μm突增到143μm、197μm、62μm和167μm，相鄰的2x、2y，5x、5y均增大了10μm-15μm，而1x、1y、6x、6y軸振動基本上沒有變化。將負荷降至235MW各軸承振動恢復到原始值。3y振動隨時間變化的趨勢圖見圖2，可以看出，振動高位時呈振蕩形狀。

帶負荷時各軸承鎢金溫度見表1。

帶負荷時各軸承油膜壓力見表2。

頻譜分析表明，引起振動突增的振動分量是18.8Hz的低頻振動，頻譜圖見圖3。結(jié)合軸承鎢金溫度和油膜壓力值判斷#3、#4軸承載荷偏低，穩(wěn)定性較差，造成其發(fā)生非典型油膜渦動。

3 油膜渦動的形成原因與特征

形成原因：當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，在軸頸在軸瓦的間隙中間形成油膜，油膜的流體動壓力使油膜具有承載能力。當油膜的承載力與外界載荷平衡時，軸頸處于平衡位置；當轉(zhuǎn)子受到某種外來擾動時，油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復力以保持和外載荷平衡外，還要產(chǎn)生一個垂直于偏移方向的切向失穩(wěn)分力，這個失穩(wěn)分力會驅(qū)動轉(zhuǎn)子做渦動運動。當阻尼力大于切向失穩(wěn)力時，這個渦動是收斂的，軸承的轉(zhuǎn)動時穩(wěn)定的；當阻尼力小于切向失穩(wěn)力時，這個振動是發(fā)散的，軸頸的運動就會失去穩(wěn)定，當渦動軌跡是封閉曲線時，就會產(chǎn)生油膜渦動。

特征：發(fā)生油膜渦動時，其振動波形不是50Hz的正弦波，而是在50Hz的基礎上，疊加了低頻諧波成分，且該振動成分的頻率與轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率基本一致，以低頻為主。

4 油膜渦動的處理

徹底消除油膜渦動的措施主要是從檢修方面下手來提高軸承的穩(wěn)定性。

（1）減小軸承的頂隙。不論是圓筒形瓦、橢圓瓦還是三油楔瓦，減小軸瓦頂隙都能顯著提高軸瓦的穩(wěn)定性。因為減小頂隙后增大了上瓦的油膜力，提高了軸瓦的預載荷，使軸頸的上浮高度降低，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性。

（2）換用穩(wěn)定性好的軸承形式。一般來說橢圓瓦的穩(wěn)定性要優(yōu)于圓筒瓦，三油楔瓦的穩(wěn)定性又優(yōu)于橢圓瓦，但其承載能力剛好相反，因此要根據(jù)轉(zhuǎn)子的重量選擇合適的軸承。

（3）刮大軸承兩側(cè)的間隙。這一措施往往與減小頂隙同時進行，其目的是防止頂隙減小后軸瓦內(nèi)潤滑油量受到影響而使烏金溫度升高。

（4）減小軸承的長徑比，增加比壓。長徑比越小，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速越高。因為較短的軸承端泄大，軸頸浮起量較小，相對偏心率大，穩(wěn)定性好。同時，軸瓦長度縮短使比壓增大，軸頸在軸瓦內(nèi)不會抬得太高，進一步增加穩(wěn)定性。

（5）調(diào)整軸承的標高。機組從冷態(tài)過渡到熱態(tài)的過程中，軸系的各軸承座的標高因溫度的影響會發(fā)生較大的變化，其中某幾個軸承可能因為載荷較低，造成比壓太小而失去穩(wěn)定性。

由于該公司#2機組是經(jīng)過長期運行后發(fā)生的油膜渦動，因此軸承形式和長徑比不存在問題，根據(jù)實際情況重點對軸承頂隙和標高進行調(diào)整。在該機組停機后對#3、4軸承解體檢查，軸瓦無明顯異常，測量軸承頂隙分別為0.73mm和0.77mm（設計值0.65-0.77mm），接近設計值上限。將#3、4瓦的上瓦中分面進行鏜銑修刮，#3軸承的加工量為0.08mm，#4軸承的加工量為0.10 mm，修后測量#3、4軸瓦頂隙分別為0.66mm和0.65mm，接近設計值下限，提高其穩(wěn)定性。并將#3、4軸承標高分別上抬0.1mm和0.05mm，從而增大其載荷，提高穩(wěn)定性。

5 處理效果

該機組經(jīng)檢修后于2月13日并網(wǎng)，在各種工況下運行穩(wěn)定，各軸振動均小于45μm。（見圖4、表3）

對比修前修后的數(shù)據(jù)，#3軸承鎢金溫度增加了5℃左右，#3軸承油膜壓力增加了0.8MPa左右，#3、#4、#5軸承油膜壓力比較接近。說明#3、4軸承的載荷較修前有所增加，軸承穩(wěn)定性提高。經(jīng)過長時間的觀察，機組在不同工況下均運行穩(wěn)定，各軸承的振動值都在優(yōu)良范圍內(nèi)，油膜渦動的問題得到徹底解決。

6 結(jié)語

油膜渦動會使汽輪機組在運行中產(chǎn)生突發(fā)性振動，而且與機組的運行工況有較大關聯(lián)，嚴重時會導致軸承甚至整臺機組的損壞。在檢修中應嚴格控制工藝，正確測量軸承頂隙等數(shù)據(jù)，并做好各軸承載荷分配，從而確保機組的穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]李錄平.汽輪發(fā)電機組振動與處理.中國電力出版社，2007.