某320MW汽轮机组轴承油膜涡动原因探索与处理

杨森

【摘 要】 对三门峡电厂#2汽轮机低压转子轴承突发性振动情况进行诊断，根据其振动特征判断为非典型油膜涡动，对油膜涡动形成的原因与处理方法进行深入的阐述，并通过调整轴承顶隙和标高的方法解决该机组的问题，取得良好的效果。

【关键词】 汽轮机组 油膜涡动 处理

1 机组简介

三门峡电厂#2汽轮机为东方汽轮机厂生产的亚临界、中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴、纯凝汽式，型号为N320-16.7/537/537-Ⅲ型，其轴系如图1所示。该机组#3、4轴承为椭圆形轴承，轴承直径480mm，长度336mm，长径比为0.7。该机组于2013年12月结束大修后并网运行正常。

2 振动现象与分析

2014年1月该机组负荷310MW时#3、4轴承出现突发性振动现象，最大达到220μm，缓慢将负荷降至250MW后振动趋于稳定。对#3、4轴承处架设数据采集仪器后再次进行变负荷试验，当负荷升至306MW时，#3、4轴承再次出现突发性振动现象。一分钟之内，3x、3y、4x、4y轴振动分别由48μm、38μm、19μm和37μm突增到143μm、197μm、62μm和167μm，相邻的2x、2y，5x、5y均增大了10μm-15μm，而1x、1y、6x、6y轴振动基本上没有变化。将负荷降至235MW各轴承振动恢复到原始值。3y振动随时间变化的趋势图见图2，可以看出，振动高位时呈振荡形状。

带负荷时各轴承钨金温度见表1。

带负荷时各轴承油膜压力见表2。

频谱分析表明，引起振动突增的振动分量是18.8Hz的低频振动，频谱图见图3。结合轴承钨金温度和油膜压力值判断#3、#4轴承载荷偏低，稳定性较差，造成其发生非典型油膜涡动。

3 油膜涡动的形成原因与特征

形成原因：当转子转动时，在轴颈在轴瓦的间隙中间形成油膜，油膜的流体动压力使油膜具有承载能力。当油膜的承载力与外界载荷平衡时，轴颈处于平衡位置；当转子受到某种外来扰动时，油膜除了产生沿偏移方向的弹性恢复力以保持和外载荷平衡外，还要产生一个垂直于偏移方向的切向失稳分力，这个失稳分力会驱动转子做涡动运动。当阻尼力大于切向失稳力时，这个涡动是收敛的，轴承的转动时稳定的；当阻尼力小于切向失稳力时，这个振动是发散的，轴颈的运动就会失去稳定，当涡动轨迹是封闭曲线时，就会产生油膜涡动。

特征：发生油膜涡动时，其振动波形不是50Hz的正弦波，而是在50Hz的基础上，叠加了低频谐波成分，且该振动成分的频率与转子临界转速频率基本一致，以低频为主。

4 油膜涡动的处理

彻底消除油膜涡动的措施主要是从检修方面下手来提高轴承的稳定性。

（1）减小轴承的顶隙。不论是圆筒形瓦、椭圆瓦还是三油楔瓦，减小轴瓦顶隙都能显著提高轴瓦的稳定性。因为减小顶隙后增大了上瓦的油膜力，提高了轴瓦的预载荷，使轴颈的上浮高度降低，从而提高轴瓦的稳定性。

（2）换用稳定性好的轴承形式。一般来说椭圆瓦的稳定性要优于圆筒瓦，三油楔瓦的稳定性又优于椭圆瓦，但其承载能力刚好相反，因此要根据转子的重量选择合适的轴承。

（3）刮大轴承两侧的间隙。这一措施往往与减小顶隙同时进行，其目的是防止顶隙减小后轴瓦内润滑油量受到影响而使乌金温度升高。

（4）减小轴承的长径比，增加比压。长径比越小，失稳转速越高。因为较短的轴承端泄大，轴颈浮起量较小，相对偏心率大，稳定性好。同时，轴瓦长度缩短使比压增大，轴颈在轴瓦内不会抬得太高，进一步增加稳定性。

（5）调整轴承的标高。机组从冷态过渡到热态的过程中，轴系的各轴承座的标高因温度的影响会发生较大的变化，其中某几个轴承可能因为载荷较低，造成比压太小而失去稳定性。

由于该公司#2机组是经过长期运行后发生的油膜涡动，因此轴承形式和长径比不存在问题，根据实际情况重点对轴承顶隙和标高进行调整。在该机组停机后对#3、4轴承解体检查，轴瓦无明显异常，测量轴承顶隙分别为0.73mm和0.77mm（设计值0.65-0.77mm），接近设计值上限。将#3、4瓦的上瓦中分面进行镗铣修刮，#3轴承的加工量为0.08mm，#4轴承的加工量为0.10 mm，修后测量#3、4轴瓦顶隙分别为0.66mm和0.65mm，接近设计值下限，提高其稳定性。并将#3、4轴承标高分别上抬0.1mm和0.05mm，从而增大其载荷，提高稳定性。

5 处理效果

该机组经检修后于2月13日并网，在各种工况下运行稳定，各轴振动均小于45μm。（见图4、表3）

对比修前修后的数据，#3轴承钨金温度增加了5℃左右，#3轴承油膜压力增加了0.8MPa左右，#3、#4、#5轴承油膜压力比较接近。说明#3、4轴承的载荷较修前有所增加，轴承稳定性提高。经过长时间的观察，机组在不同工况下均运行稳定，各轴承的振动值都在优良范围内，油膜涡动的问题得到彻底解决。

6 结语

油膜涡动会使汽轮机组在运行中产生突发性振动，而且与机组的运行工况有较大关联，严重时会导致轴承甚至整台机组的损坏。在检修中应严格控制工艺，正确测量轴承顶隙等数据，并做好各轴承载荷分配，从而确保机组的稳定运行。

参考文献

[1]李录平.汽轮发电机组振动与处理.中国电力出版社，2007.