浅析减小烟气轮机径向轴承振动值的措施

张天嵌，陈利维

（中国石油宁夏石化公司，宁夏银川 750021）

烟气轮机是炼油催化裂化装置上的核心机组，而径向轴承在烟气轮机中是关键部位，起着支撑转子转动的作用，由于烟气轮机转子为刚性转子且为悬壁结构，所以径向轴承性能的好坏直接关系到烟气轮机能否能够安全平稳运行，影响着烟气轮机的整体质量。

在运行过程中，烟机主轴以5 000 r/min～7 000 r/min转速旋转（见表1），将一定黏度的润滑油带入油楔中，形成压力油膜承受载荷，润滑油在收敛的楔形间隙中流动，由于油层间的剪切应力的作用，产生流体动力，使相对运动的轴外表面和瓦内表面被油膜隔开，形成纯液体摩擦。这类轴承具有结构简单，运行平稳，抗振阻尼小，噪声小，主轴系统强度和刚度大，轴承的可靠性和承载能力高的特点[1-3]。

表1 设计数据

1 YL12000E型烟气轮机的概况及试车状况

该烟气轮机采用传统的轴向进气，垂直向上排气的结构，其径向轴承采用的是四油楔固定瓦轴承。在试机过程中，烟气轮机入口、出口采用管道连接，构成密闭的实验回路；电动机通过液力偶合器调速和增速箱增速驱动转子旋转，使空气在密闭回路中不断循环，达到规定的入、出口循环温度。同时烟机及密闭循环管线应采取必要的保温措施，以便实验中循环气体达到300℃以上，完成烟机的热态考核。但是在试机过程中，此烟机后径向轴承其x方向的振动值为40 μm，y方向的振动值达到60 μm，其振动值偏大。

2 振动原因分析

轴承稳定性对转子振动行为及稳定性的影响十分巨大[4-6]。在烟气轮机的运行过程中，随着工作转速的提高，轴的振动值也随着工作转速的提高而增加。在YL型的烟气轮机采用的是刚性转子，其工作转速低于转子的一级临界转速，因此只产生油膜涡动，不至于发展成油膜振荡，在有效抑制油膜涡动的情况下，仍可以正常运行。油膜涡动是指转子在绕自身几何轴线高速旋转的同时，还环绕轴承中心连线做公转运动，涡动是由油膜力造成的。实际上，油膜涡动的频率总是小于转子工频的0.5倍，为0.42～0.48倍的工频。油膜涡动的频率随转子工频成比例的增减，振动幅值也随之变化，即随着转速的升高，半速涡动成分的振幅值也逐渐增大。油膜涡动的能量较小，一般不会破坏轴承的正常润滑，但随着转速的升高，当转速达到一阶临界转速的2倍时，其涡动频率将与转子的一阶临界转速接近，诱发油膜振荡。油膜振荡危害极大，在短暂的时间里就可以毁掉转子和轴承，因此尽可能避免油膜涡动和油膜振荡带来的危害。

3 减小振动值的措施

3.1 减小轴瓦间隙

原来使用的轴承相对间隙为1.5‰左右，由于油膜承载力与轴承半径间隙的平方成反比，将相对间隙减小到轴径1.2‰～1.3‰可以看出，轴承的承载能力、油膜刚度和阻尼都有所增加。另外，轴瓦产生的油膜压力也比调整前大了，这有助于提高轴的旋转精度。因此，采用这种方法，对抑制油膜涡动有一定的效果，提高了系统的抗振性及稳定性，是现场常见的调整方法。

式中刚度数阻尼数。

减小瓦间隙前后振动值对比（见表2，表3）。

表2 减小瓦间隙之前

表3 减小瓦间隙之后

由于烟气轮机径向轴承的瓦块采用的是机械加工，在加工过程中可能产生相对误差；在把轴承箱盖压在轴承座上时和把瓦块装到轴承座里时，压紧力的大小也产生影响；以及测量误差等积累到一起，导致烟机开起后x或y某个方向振动值偏大（见图1），这时最简单的方法是给振动值偏大的瓦块下垫相应厚度铜皮。这种方法既简单又能有效减小振动值，提高径向轴承的稳定性，是现场最常用的操作方法。

图1 YL12000E径向轴承

下面是YL12000E烟气轮机径向轴承振动值偏大的具体解决方案。

根据图1所示，表2计算。

轴径为d=2r=165 mm

一般轴瓦间隙 c=d×1.1 ‰（可倾瓦）=d×（1.2-1.3）‰（加工瓦）

计算值c=165×1.2‰=0.2 mm

内径千分表测得轴瓦间隙c=0.22 mm

所以分别给上两块瓦垫0.02 mm的铜皮使其满足设计要求。

但是当烟气轮机试机时，x方向的振动值为40 μm，y方向的振动值为60 μm，振动值偏大，在现场再采用垫铜皮的方法。

这时给x方向上瓦块垫0.02 mm的铜皮，y方向上的瓦块垫0.03 mm的铜皮，这时烟气轮机开启后径向轴承的振动值减小，达到了平稳运行要求。

所以最终x方向垫铜皮0.02+0.02=0.04 mm

y方向垫铜皮0.02+0.03=0.05 mm

实际上的瓦间隙是测量值减掉所垫的铜皮厚度。

瓦间隙 c=0.22-（0.04-0.05）=0.17-0.18 mm

这时倒推出瓦间隙为ψ=（0.17-0.18）/165=1.1‰左右。

这种方法现场采用最多，操作方便，是最有效减小振动值的方法。

3.2 减小轴瓦宽度

减小轴瓦的宽径比，瓦宽与轴径的比值相对减小，最大油膜压力比减小轴瓦间隙有较大提高。减小轴瓦宽径比，有利于增大压强，提高运转稳定性，增加轴承两端润滑油的泄漏量，以降低温升，但宽径比不能太小，一般在0.4～0.5时为宜；否则，就减小了轴承的油膜刚度和阻尼，削弱了系统的抗振性，同时承载能力也将降低。

3.3 调整润滑油温度

径向轴承的振动值随润滑油温度的降低而减小。从理论上讲，提高油温，等于减小了油的黏度，轴径在轴瓦中的偏心率及承载能力系数都得到了增加，有利于轴径的稳定。但对于振动值偏大不稳定的轴承，降低油温，提高了油的黏度，等于增加了油膜对转子涡动的阻尼作用，往往会使振动值有所下降。一般情况下，烟气轮机的进油温度控制在35℃～40℃，径向轴承运行最平稳。

一般滑动轴承，根据转速，按下列公式选取润滑的黏度，可以保证油的温升不至于过高。

式中：η-润滑油的黏度，Pa·s；n-轴径的转速，r/s。计算所得黏度应为有效油温下的黏度。

3.4 调整合适的轴瓦进油压力

润滑油压力的变化同油温的变化一样，改变的是油膜的工作状态。油压越小，油膜越薄，轴径在轴瓦中的偏心率及承载能力系数越有利于轴径的稳定。烟气轮机轴瓦的进油压力，要求控制在0.15 MPa～0.18 MPa，通过查阅有关资料，逐渐将油压降至0.08 MPa，振动值将明显下降。一般润滑油的压力不能低于0.058 8 MPa，低于其值发出报警信号；再低于0.039 2 MPa时停机。调整油压一定要谨慎、缓慢，控制好机组的运行状态，避免因润滑油的油压过小、油膜太薄，使摩擦热量来不及带走，造成径向瓦温度超指标，出现干摩擦，损坏径向轴承。

3.5 采用不等长油楔

确定油楔数时要兼顾稳定性和承载能力两方面的要求，为了提高多楔轴承的承载能力，可采用不等长的油楔，用较长的油楔承受轴承外载荷也有利于轴承的稳定。

3.6 采用偶数油楔

在选择油楔数时，并不是油楔数越多，稳定区越大，但油楔数越多，在各个半径方向上轴承的油膜刚度越均匀。首先，为了便于剖分，采用偶数油楔；其次，偶数油楔承受载荷是两个瓦块，奇数油楔一般是一个瓦块承受载荷，所以该结构的轴承旋转精度和定心性好，抗油膜振荡能力、刚度和阻尼都较大，轴承的稳定性好。

3.7 减小楔形度

半径间隙c与轴颈半径r之比为相对楔隙，相对楔隙与相对间隙之比值ψ/ψ*称为楔形度。楔形度大表明楔形间隙楔角大。楔形度大可能在楔形间隙的起始段未能形成承载油膜，使轴承油膜变短，轴承的承载能力下降。楔形度在2～3范围内为最佳楔形度，这种楔形度小的轴承在工艺上实现比较困难，但可以提高轴承的承载能力和稳定性。

4 总结

径向轴承是烟气轮机上的关键部位，径向轴承的振动值偏大直接影响到烟气轮机平稳正常的运行，因此减小振动值不但提高了径向轴承的稳定性，而且延长了烟气轮机的使用寿命，从而创造更大的经济效益。本文通过减小轴瓦间隙达到了烟机平稳运行的要求，后面几点为减小径向轴承振动值的几种方法，仅为探讨，部分有待用于实践当中，希望在实践当中可以达到预期的目的。

参考文献：

[1]王文斌.滑动轴承[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]虞烈，刘恒.轴承转子系统动力学[M].西安：西安交通大学出版社，2001.

[3]张其明，张吉杨.滑动轴承流体动力润滑理论[M].北京：高等教育出版社，1986.

[4]陈焰，袁小阳，孟庆集.由动态油膜力诊断轴系稳定性的方法[J].机械科学与技术，2002，21（S1）：29-31.

[5]姚福生.半速涡动与油膜振荡[J].发电设备，1992，（1）：3-9.

[6]陈大禧，朱铁光.大型回转机械诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2002.