300 MW機(jī)組汽輪機(jī)軸瓦油膜振蕩分析與處理

（天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司 天津 300380）

0 引言

天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司8號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)制造廠生產(chǎn)的C300/250-16.7/0.343/538/538型亞臨界一次中間再熱單抽凝汽式汽輪機(jī)。汽輪機(jī)本體有4個(gè)徑向支持軸承，高中壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子各用兩軸瓦支撐，其中1號(hào)和2號(hào)軸承為可傾瓦式；3號(hào)軸承為三瓦塊型式；4號(hào)軸承為圓柱形軸承；5、6號(hào)軸承為發(fā)電機(jī)軸承，型式為橢圓瓦；7號(hào)軸承為勵(lì)磁機(jī)軸承，型式為可傾瓦。

油膜振蕩發(fā)生在油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的旋轉(zhuǎn)設(shè)備中，在轉(zhuǎn)子正常工作時(shí)，軸頸中心和軸承中心并不重合，而是存在一個(gè)偏心距e。當(dāng)油膜振蕩載荷不變、油膜穩(wěn)定時(shí)，偏心距e保持不變，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，軸頸上的載荷W與油膜壓力保持平衡。若外界給軸頸一定擾動(dòng)力，使軸心O1位置產(chǎn)生位移△e而達(dá)到新位置，這時(shí)油膜壓力由p變?yōu)閜′，因而不再與此時(shí)的載荷W′（W′-W）平衡，兩者的合力為F，其分力F1將推動(dòng)軸頸回到起初的平衡位置O1，而在分力F2的作用下，軸頸除了以角速度ω作自轉(zhuǎn)外，還將繞O1渦動(dòng)（渦動(dòng)方向與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同），其渦動(dòng)速度約為角速度的一半，稱為油膜渦動(dòng)（半速渦動(dòng)）。油膜渦動(dòng)產(chǎn)生后就不消失，隨著工作轉(zhuǎn)速的升高，其渦動(dòng)頻率也不斷增強(qiáng)，振幅也不斷增大。如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高到第一臨界轉(zhuǎn)速的2倍時(shí)，其渦動(dòng)頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速相同，產(chǎn)生共振，振幅突然驟增，振動(dòng)非常劇烈，軸心軌跡突然變成擴(kuò)散的不規(guī)則曲線，半頻諧波振幅值就增加到接近或超過基頻振幅。若繼續(xù)提高轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子的渦動(dòng)頻率保持不變，始終等于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速，這種現(xiàn)象稱為油膜振蕩［1］。

1 油膜震蕩現(xiàn)象及特征

天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司8號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中3號(hào)軸瓦發(fā)生油膜振蕩。具體表現(xiàn)為：8號(hào)機(jī)3號(hào)軸瓦Y向振動(dòng)在運(yùn)行中突升，持續(xù)時(shí)間78 min，最大達(dá)到137 μm，3號(hào)軸瓦Y向振動(dòng)趨勢(shì)圖如圖1所示，振動(dòng)異常點(diǎn)頻譜圖如圖2所示。

圖3為汽輪機(jī)3號(hào)軸承Y向振動(dòng)正常點(diǎn)頻譜圖。通過比對(duì)圖2和圖3發(fā)現(xiàn)，3號(hào)軸瓦振動(dòng)異常是由半頻振動(dòng)分量引起，調(diào)取3號(hào)軸瓦在機(jī)組帶負(fù)荷后軸心位置圖（如圖4所示）。通過圖4可以看出，在機(jī)組帶負(fù)荷后，3號(hào)軸瓦處軸心位置持續(xù)抬升，上升約200 μm，調(diào)取振動(dòng)異常點(diǎn)前后軸心位置圖（如圖5所示）。從圖5可以看出，軸心在該時(shí)間段內(nèi)高度位置變化較大約 60 μm，在 09∶45～09∶55 時(shí)間段內(nèi)還發(fā)生了軸心突然下沉的情況。

在轉(zhuǎn)子抬高較多后，油膜厚度也將持續(xù)增加，軸心突然下沉將激發(fā)油膜波動(dòng)進(jìn)而可能引發(fā)油膜振蕩，且3號(hào)軸瓦回油溫度一直較低（40℃左右），故分析3號(hào)軸瓦Y向振動(dòng)異常為油膜振蕩導(dǎo)致。

2 油膜振蕩原因及處理措施

分析汽輪機(jī)軸瓦發(fā)生油膜振蕩的原因是軸承油膜存在自激振動(dòng)故障缺陷：軸承間隙配合超標(biāo)、軸瓦壓比小、軸瓦載荷分布不合理等。在熱態(tài)、冷態(tài)、機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，汽輪機(jī)進(jìn)汽、抽汽等干擾力對(duì)軸瓦產(chǎn)生影響，從而使油膜渦動(dòng)激化轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍ふ袷帯?/p>

鑒于3號(hào)軸瓦振動(dòng)狀態(tài)較差，為防止因軸瓦振動(dòng)大導(dǎo)致機(jī)組跳閘，在運(yùn)行中作出如下調(diào)整方案：①在運(yùn)行中盡量避免負(fù)荷大幅度波動(dòng)，防止軸瓦載荷突變影響油膜形成；②適當(dāng)提高潤(rùn)滑油溫，降低潤(rùn)滑油粘度，有效抑制振動(dòng)發(fā)生，并嚴(yán)密監(jiān)視各軸瓦金屬溫度，防止軸瓦燒毀；③利用機(jī)組停機(jī)機(jī)會(huì)，對(duì)3號(hào)軸瓦進(jìn)行了搶修處理，3號(hào)軸瓦解體后發(fā)現(xiàn)下瓦兩側(cè)瓦塊存在偏磨現(xiàn)象且烏金面受損嚴(yán)重，如圖6所示。

為了提高軸瓦穩(wěn)定性，抑制油膜振蕩，作出如下處理措施：①將烏金受損處圓滑過渡，修刮進(jìn)出油口，增大軸瓦壓比，修刮后情況圖7所示；②軸瓦結(jié)合面車對(duì)口，軸瓦頂隙由原0.53 mm減小至0.43 mm；③調(diào)整3號(hào)軸瓦標(biāo)高，盡量使其載荷分布合理，軸瓦兩側(cè)墊鐵各加0.05 mm墊片，并檢查墊鐵接觸情況良好。

修后機(jī)組啟動(dòng)后運(yùn)行過程中3號(hào)軸瓦X、Y向軸振分別為45.6 μm、48.9 μm，振動(dòng)頻譜以 1 倍頻為主，沒有低頻成分，機(jī)組沒有再出現(xiàn)油膜自激振動(dòng)。

3 結(jié)論

（1）天津華能楊柳青熱電有限責(zé)任公司8號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)運(yùn)行中3號(hào)軸瓦發(fā)生故障，通過分析軸瓦Y向振動(dòng)趨勢(shì)圖、軸承Y向振動(dòng)異常點(diǎn)頻譜圖，判斷為油膜故障。

（2）分析出現(xiàn)故障的原因?yàn)檩S承間隙配合超標(biāo)、軸瓦壓比小、軸瓦載荷分布不合理等。在熱態(tài)、冷態(tài)、機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，汽輪機(jī)進(jìn)汽、抽汽等干擾力對(duì)軸瓦產(chǎn)生影響，從而使油膜渦動(dòng)激化轉(zhuǎn)變?yōu)橛湍ふ袷帯?/p>

（3）通過調(diào)整軸瓦壓比、減小軸瓦頂隙、調(diào)整軸瓦標(biāo)高等手段來提高軸瓦穩(wěn)定性，進(jìn)而消除油膜振蕩的隱患。