S109FA机组88VG风机对#3轴承振动的影响分析

钮志峰，张平

(江苏华电戚墅堰发电有限公司，江苏 常州 213011)

1 #3轴承振动的特点

GE公司的S109FA机组在实际运行中常会发生#3轴承振动不稳定的问题，甚至会导致机组的遮断，严重影响了机组的安全、经济运行。

各运行单位虽然采取了一些降振措施，但仍然不能彻底消除振动问题。作者对江苏华电戚墅堰发电有限公司2套S109FA机组运行中#3轴承振动的情况进行观察，发现#3轴承的振动有一定的规律性。以#1机组在2011年更换燃气轮机转子前的工况为例(如图1所示)，在机组每天启、停的情况下，#3轴承3X轴振表现为:一天忽高一天忽低，随着启、停交替轮换。在#3轴承3X轴振偏低的时候，特别是夏季机组连续运行的情况下，3X轴振极易诱发油膜振荡且轴振很快大幅度增加，如不采取措施就会导致机组遮断。在气温低的季节也有这样的情况，但是次数相对较少。在3X轴振偏高的时候没有发现过运行中出现3X轴承油膜振荡的情况。#2机组也同样存在这样的情况，只是参数有所不同，发生的频率低一点，最近一次轴振是在2011年3月5日发生的，如图2所示。

从上述#3轴承振动的特点来看，在环境条件相同的情况下，机组每天启、停及运行的基本条件都是一致的，润滑油温度、透平间温度、冷却水温等及燃气轮机的硬件设备几乎没有发生改变。机组启、停时唯一发生改变的是燃气轮机的辅助风机88BT，88BN，88BD，88VG，88TK在进行轮换。对机组#3轴承振动的特点进行了对比和分析，发现#3轴承3X轴承振动的上述特点是与燃气轮机负荷联轴间的88－VG风机轮换相吻合的。88VG－1风机运行时#3轴承振动数值低，88VG－2运行时#3轴承振动数值高，#3轴承的振荡都发生在88VG－1风机运行时。同样，在#2机组上也存在这样的规律，都发生在88VG－1风机运行的方式下。通过对比历史曲线，该分析结果得到验证。

图1 #1机组更换燃气轮机转子前的轴振

图2 #2机组轴振

2 88VG风机对#3轴承振动的影响

基于88VG风机和#3轴承振动的上述特点，从88VG风机的布置、机组的支撑及轴承等方面进行分析。

2.1 S109FA机组燃气轮机支撑的特点

S109FA机组燃气轮机支撑布置如图3所示。整个燃气轮机封闭在一个透平小室内，透平和压气机由上、下都是铰链连接的支撑撑起，通过2根固定拉杆将燃气轮机与#3轴承箱(机组的死点)固定。这样，燃气轮机本体以#3轴承箱为死点在水平和垂直方向有一定幅度的自由膨胀。#3轴承在前箱内，与汽机高、中压缸一起在负荷小室内。#1轴承在燃气轮机的压气机端，#2轴承在燃气轮机的透平端。燃气轮机主要靠连接在#3轴承箱上的2根拉杆固定，燃气轮机的缸体被放置在上、下都是铰链连接的支撑上，保证燃气轮机本体在加热后向排气方向膨胀，同时也保证了燃气轮机水平中心与汽轮机和发电机的中心保持一致，所以，燃气轮机的2根固定拉杆对于燃气轮机本体的水平中心至关重要。

2.2 88VG风机的作用及对拉杆的影响

图3 S109FA机组燃气轮机支撑布置图

S109FA机组将#3轴承、负荷短轴、燃气轮机固定拉杆等封闭在负荷小室内，可起到隔音降噪的作用(如图3所示)。在机组负荷小室顶部装设2台88VG冷却风机，分别安装在负荷联轴间的顶部和机组轴系左、右两侧，出风口在负荷小室顶部中间，即2台88VG风机中间。在机组运行期间，2台风机1台运行1台备用。88VG风机将负荷小室外部的低温空气吹入负荷小室，热空气通过负荷小室顶部出风口流出，以保持负荷小室温度不会过高。

88VG风机分别布置在负荷小室的左、右两侧，机组正常运行时1台风机运行，环境中温度较低的空气被吹入负荷小室，在88VG运行风机一侧的负荷小室内形成一个温度相对较低的区域，而备用88VG风机一侧的负荷小室温度相对较高，这样，在负荷小室内左、右两侧就出现了空间温度的差异。这个温度的差异直接导致燃气轮机左、右固定拉杆在长度方向的变形出现了偏差，在实际运行中，拉杆中心随温度变化情况(以#2机组为例，环境温度22℃)见表1。

由于燃气轮机本体支撑布置的特点，燃气轮机两侧的固定拉杆在长度上出现偏离，使得燃气轮机的中心在水平方向出现了偏离。

另外，燃气轮机#1，#2轴承随燃气轮机本体位移可在水平和垂直方向移动，在燃气轮机中心出现水平方向位移时，燃气轮机转子能很好地维持在瓦间的合理位置;而机组的#3轴承箱是固定的，燃气轮机水平中心的偏离导致机组转子在#3瓦中偏离了平衡位置，当转子偏离平衡位置较远时，#3轴承各瓦块的载荷分配就会出现偏差，达到一定的条件时就会出现油膜涡动;同时，远离轴的那个瓦块会因为动压力的丧失而出现颤振，从而大大降低轴承的稳定性，积累到一定程度后，#3轴振极易导致油膜振荡且轴振快速上升。

3 实际运行中的应对措施

2010－09－30，#1机组运行时，#3轴承3X发生振荡并呈发散状，振动值为0.055～0.095 mm并向上攀升。于是，将负荷小室风机切换至备用的88VG风机运行，在88VG风机切换并运行20 min后，#3轴承振动逐步回落并恢复正常。当时的运行参数曲线如图4所示。

2011－03－05，#2机组运行中#3轴承3X发生振荡并呈发散状，振动值为0.03～0.08 mm并向上攀升，于是将负荷小室风机88VG风机切至备用风机运行，在运行一段时间后，#3轴承振动逐步回落并恢复正常。

图4 2010－09－30#1机组运行曲线

4 结论

燃气轮机中心的改变是引起#3轴承振动不稳定的根本原因，这种中心的改变包含了垂直方向和水平方向，燃气轮机水平方向中心的改变更容易导致#3轴承振动的不稳定，88VG风机是导致燃气轮机中心水平方向的改变的主要因素。燃气轮机透平间温度高直接导致燃气轮机中心垂直方向改变，但是这种改变不会直接导致#3轴承不稳定。

例如，在同一天，#2燃气轮机透平间温度为150℃左右时#3轴承振动仍稳定，但是#1燃气轮机透平间温度约135℃时#3轴承振动却极不稳定。所以，当燃气轮机中心垂直方向的改变与水平方向的改变叠加到一定条件时就会引起#3轴承振动的不稳定。

建议对负荷小室风机88VG设置进行改进，因为风机的冷却造成了燃气轮机拉杆的不对称变形，导致燃气轮机水平方向中心改变。可以将进风口设置在负荷小室的顶部中间，出风口分别设置在负荷小室顶部的左右两侧，避免在负荷小室内形成温差，导致燃气轮机2个固定拉杆的变形不同步，从而引起燃气轮机水平中心的改变。

在燃气轮机安装及找中的过程中要考虑到引起燃气轮机中心改变的各因素，不仅要考虑燃气轮机在垂直方向的中心改变，而且也要考虑水平方向的中心改变。

在未改进前，应对措施为:及时切换88VG风机且在振动异常初期就使用，这样效果就会更好。