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汽輪機低壓轉子軸承突發性振動情況進行診斷，根據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月結束大修后并網運行正常。

2 振動現象與分析

2014年1月該機組負荷310MW時#3、4軸承出現突發性振動現象，最大達到220μm，緩慢將負荷降至250MW后振動趨于穩定。對#3、4軸承處架設數據采集儀器后再次進行變負荷試驗，當負荷升至306MW時，#3、4軸承再次出現突發性振動現象。一分鐘之內，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。結合軸承鎢金溫度和油膜壓力值判斷#3、#4軸承載荷偏低，穩定性較差，造成其發生非典型油膜渦動。

3 油膜渦動的形成原因與特征

形成原因：當轉子轉動時，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；當轉子受到某種外來擾動時，油膜除了產生沿偏移方向的彈性恢復力以保持和外載荷平衡外，還要產生一個垂直于偏移方向的切向失穩分力，這個失穩分力會驅動轉子做渦動運動。當阻尼力大于切向失穩力時，這個渦動是收斂的，軸承的轉動時穩定的；當阻尼力小于切向失穩力時，這個振動是發散的，軸頸的運動就會失去穩定，當渦動軌跡是封閉曲線時，就會產生油膜渦動。

特征：發生油膜渦動時，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子臨界轉速頻率基本一致，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，從而提高軸瓦的穩定性。

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

（3）刮大軸承兩側的間隙。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，失穩轉速越高。因為較短的軸承端泄大，軸頸浮起量較小，相對偏心率大，穩定性好。同時，軸瓦長度縮短使比壓增大，軸頸在軸瓦內不會抬得太高，進一步增加穩定性。

（5）調整軸承的標高。機組從冷態過渡到熱態的過程中，軸系的各軸承座的標高因溫度的影響會發生較大的變化，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定性。

由于該公司#2機組是經過長期運行后發生的油膜渦動，因此軸承形式和長徑比不存在問題，根據實際情況重點對軸承頂隙和標高進行調整。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，提高穩定性。

5 處理效果

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

對比修前修后的數據，#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，軸承穩定性提高。經過長時間的觀察，機組在不同工況下均運行穩定，各軸承的振動值都在優良范圍內，油膜渦動的問題得到徹底解決。

6 結語

油膜渦動會使汽輪機組在運行中產生突發性振動，而且與機組的運行工況有較大關聯，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據，并做好各軸承載荷分配，從而確保機組的穩定運行。

參考文獻

[1]李錄平.汽輪發電機組振動與處理.中國電力出版社，2007.