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某320MW汽輪機(jī)組軸承油膜渦動(dòng)原因探索與處理

2018-09-25

楊森
（三門峽華陽(yáng)發(fā)電有限責(zé)任公司）

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

　　【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)組；油膜渦動(dòng)；處理
　　1　機(jī)組簡(jiǎn)介
　　三門峽電廠#2汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)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(hào)為N320-16.7/537/537-Ⅲ型，其軸系如圖1所示。該機(jī)組#3、4軸承為橢圓形軸承，軸承直徑480mm，長(zhǎng)度336mm，長(zhǎng)徑比為0.7。該機(jī)組于2013年12月結(jié)束大修后并網(wǎng)運(yùn)行正常。

　　2　振動(dòng)現(xiàn)象與分析
　　2014年1月該機(jī)組負(fù)荷310MW時(shí)#3、4軸承出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)現(xiàn)象，Z大達(dá)到220μm，緩慢將負(fù)荷降至250MW后振動(dòng)趨于穩(wěn)定。對(duì)#3、4軸承處架設(shè)數(shù)據(jù)采集儀器后再次進(jìn)行變負(fù)荷試驗(yàn)，當(dāng)負(fù)荷升至306MW時(shí)，#3、4軸承再次出現(xiàn)突發(fā)性振動(dòng)現(xiàn)象。一分鐘之內(nèi)，3x、3y、4x、4y軸振動(dòng)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(dòng)基本上沒有變化。將負(fù)荷降至235MW各軸承振動(dòng)恢復(fù)到原始值。3y振動(dòng)隨時(shí)間變化的趨勢(shì)圖見圖2，可以看出，振動(dòng)高位時(shí)呈振蕩形狀。

　　帶負(fù)荷時(shí)各軸承鎢金溫度見表1。
　　帶負(fù)荷時(shí)各軸承油膜壓力見表2。

　　頻譜分析表明，引起振動(dòng)突增的振動(dòng)分量是18.8Hz的低頻振動(dòng)，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(dòng)。

　　3　油膜渦動(dòng)的形成原因與特征
　　形成原因：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，在軸頸在軸瓦的間隙中間形成油膜，油膜的流體動(dòng)壓力使油膜具有承載能力。當(dāng)油膜的承載力與外界載荷平衡時(shí)，軸頸處于平衡位置；當(dāng)轉(zhuǎn)子受到某種外來擾動(dòng)時(shí)，油膜除了產(chǎn)生沿偏移方向的彈性恢復(fù)力以保持和外載荷平衡外，還要產(chǎn)生一個(gè)垂直于偏移方向的切向失穩(wěn)分力，這個(gè)失穩(wěn)分力會(huì)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子做渦動(dòng)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)阻尼力大于切向失穩(wěn)力時(shí)，這個(gè)渦動(dòng)是收斂的，軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)穩(wěn)定的；當(dāng)阻尼力小于切向失穩(wěn)力時(shí)，這個(gè)振動(dòng)是發(fā)散的，軸頸的運(yùn)動(dòng)就會(huì)失去穩(wěn)定，當(dāng)渦動(dòng)軌跡是封閉曲線時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生油膜渦動(dòng)。

　　特征：發(fā)生油膜渦動(dòng)時(shí)，其振動(dòng)波形不是50Hz的正弦波，而是在50Hz的基礎(chǔ)上，疊加了低頻諧波成分，且該振動(dòng)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(dòng)的處理
　　徹底消除油膜渦動(dòng)的措施主要是從檢修方面下手來提高軸承的穩(wěn)定性。
　?。?）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?yàn)闇p小頂隙后增大了上瓦的油膜力，提高了軸瓦的預(yù)載荷，使軸頸的上浮高度降低，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性。

　?。?）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。
　?。?）刮大軸承兩側(cè)的間隙。這一措施往往與減小頂隙同時(shí)進(jìn)行，其目的是防止頂隙減小后軸瓦內(nèi)潤(rùn)滑油量受到影響而使烏金溫度升高。
　?。?）減小軸承的長(zhǎng)徑比，增加比壓。長(zhǎng)徑比越小，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速越高。因?yàn)檩^短的軸承端泄大，軸頸浮起量較小，相對(duì)偏心率大，穩(wěn)定性好。同時(shí)，軸瓦長(zhǎng)度縮短使比壓增大，軸頸在軸瓦內(nèi)不會(huì)抬得太高，進(jìn)一步增加穩(wěn)定性。

　?。?）調(diào)整軸承的標(biāo)高。機(jī)組從冷態(tài)過渡到熱態(tài)的過程中，軸系的各軸承座的標(biāo)高因溫度的影響會(huì)發(fā)生較大的變化，其中某幾個(gè)軸承可能因?yàn)檩d荷較低，造成比壓太小而失去穩(wěn)定性。

　　由于該公司#2機(jī)組是經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行后發(fā)生的油膜渦動(dòng)，因此軸承形式和長(zhǎng)徑比不存在問題，根據(jù)實(shí)際情況重點(diǎn)對(duì)軸承頂隙和標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整。在該機(jī)組停機(jī)后對(duì)#3、4軸承解體檢查，軸瓦無明顯異常，測(cè)量軸承頂隙分別為0.73mm和0.77mm（設(shè)計(jì)值0.65-0.77mm），接近設(shè)計(jì)值上限。將#3、4瓦的上瓦中分面進(jìn)行鏜銑修刮，#3軸承的加工量為0.08mm，#4軸承的加工量為0.10mm，修后測(cè)量#3、4軸瓦頂隙分別為0.66mm和0.65mm，接近設(shè)計(jì)值下限，提高其穩(wěn)定性。并將#3、4軸承標(biāo)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(jī)組經(jīng)檢修后于2月13日并網(wǎng)，在各種工況下運(yùn)行穩(wěn)定，各軸振動(dòng)均小于45μm。（見圖4、表3）

　　對(duì)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(zhǎng)時(shí)間的觀察，機(jī)組在不同工況下均運(yùn)行穩(wěn)定，各軸承的振動(dòng)值都在優(yōu)良范圍內(nèi)，油膜渦動(dòng)的問題得到徹底解決。

　　6　結(jié)語(yǔ)
　　油膜渦動(dòng)會(huì)使汽輪機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生突發(fā)性振動(dòng)，而且與機(jī)組的運(yùn)行工況有較大關(guān)聯(lián)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致軸承甚至整臺(tái)機(jī)組的損壞。在檢修中應(yīng)嚴(yán)格控制工藝，正確測(cè)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(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　參考文獻(xiàn)
　　[1]李錄平.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)與處理.中國(guó)電力出版社，2007.

出處：《中國(guó)科技縱橫》2015年第4期