余热电站汽轮发电机组轴振大的处理

王建峰

1 概述

巴基斯坦某余热电站汽轮机组于2019年1月投产运行后，3号和4号轴承存在轴振较大现象，其特征如下。

（1）机组每次启动，带负荷运行后，3号和4号轴承的振幅随运行时间的增加而逐渐增大，随后稳定在较高范围内运行。表1为机组在不同工况下各轴承振幅的随机记录（2号轴承未设轴振测点）。

松开汽—发联轴器检查，发现中心偏差变化较大，说明转子受到外力作用，产生了位移。汽—发联轴器经过重新找中心调整后，2月18日，机组再次启动。找中心调整前后比较，额定转速工况时，3号（2号）和4号轴承的振幅变化不大；额定负荷工况时，4号轴承的振幅稍有减小。运行数据表明，汽—发联轴器中心的偏差消除后，仅4号轴承的质量不平衡影响有所减小。

（2）机组负荷变化时，振幅的变化不明显。从表1各工况的振幅可以看出，4号轴承的振幅从额定转速到额定负荷过程中，一直保持偏大不变。3号（2号）轴承的额定转速与带负荷工况比较，振幅变化较大。

共同特点是，数小时后，机组负荷变化，3号（2号）和4号轴承的振幅没有明显地随之变化。

根据规范，4号轴承的振幅瞬时超过要求，DL 5190.3-2012《电力建设施工技术规范：汽轮发电机组》，附录H：双振幅＜125μm，为合格值。

2 机组参数结构及轴承结构

2.1 机组参数结构

该余热电站汽轮发电机为低压冷凝式汽轮机，型号：N10-1.0，额定功率：10MW，额定进汽压力：1.0MPa（绝），额定进汽温度：310℃，额定排汽压力：0.008MPa（绝）。

前汽缸两侧通过猫爪结构搭在前轴承座上，后汽缸两侧通过左右侧的后座架固定在基础上，采用下排汽结构布置，排汽至凝汽器。

2号和3号轴承布置在中间轴承座内，为非落地式轴承座，4号轴承为独立座式轴承。

2.2 轴承结构

2号轴承采用圆柱形瓦枕直接支撑在凹窝内，未设置瓦枕垫块。

3号轴承设有球面结构，瓦枕垫块采用圆柱形，两侧垫块的中心线与垂线的夹角α为90°，即在左右侧的水平中分面位置。

4号轴承的瓦枕垫块采用球面形结构，两侧垫块的中心线与垂线的夹角α为70°。3号和4号轴承分别采用球面结构和球面瓦枕垫块结构以自调中心线。

轴承下半瓦的瓦枕垫块结构见图1。

瓦枕垫块（图1中1#位置）与轴承凹窝的接触应严密。

3号和4号轴承瓦枕垫块的结构设置，除起到支撑作用外，还可以通过调整下瓦三个垫块内的垫片（图1中2#位置）厚度，来改变发电机转子在凹窝内的位置，保证机组汽—发联轴器的中心偏差值符合要求。

1号和2号轴承未设置瓦枕垫块，是不可调整式轴承。汽轮机转子在前后两轴承凹窝内的位置不可改变。

表1 各轴承沿X、Y两方向的轴振（μm，双振幅）

图1 轴承下半瓦的瓦枕垫块结构

机组的全部轴承均为椭圆瓦结构，汽轮机和发电机厂家均明确要求，现场不做轴瓦钨金（图1中3#位置）的刮研。

3 轴振的影响因素分析

3.1 轴振故障的特征

因2号轴承未设轴振测点，所以结合3号轴承的测点，同时分析2号轴承。

根据表1，比较分析得出机组的振动特征。

（1）表1序号3，额定转速时，3号（2号）轴承的振幅小于4号轴承的振幅。表1序号6，带负荷运行数小时后，3号（2号）轴承的振幅逐渐增大至与4号轴承的振幅接近。振幅基本不随负荷变化。

（2）比较表1序号3～6，额定转速时，4号轴承振幅较大，以后的运行过程中不再增加振幅。

（3）带负荷运行数小时后，3号（2号）和4号轴承振幅在较高的稳定值范围内运行。

3.2 振动故障的影响因素分析

（1）如上所述，机组带负荷数小时后，振幅维持在较高范围稳定运行，当负荷出现变化，振幅变化很小。由此可以确认，3号（2号）和4号轴承的振幅与汽缸热膨胀不畅等因素引起的非定常强迫类振动无关。

（2）4号轴承额定转速时振幅较大，至满负荷时振幅一直保持不变。同4号轴承相比，3号（2号）轴承的振幅显示较小。

质量不平衡影响因素主要有：转子质量不平衡、汽轮机和发电机转子轴系的中心偏差、轴承松动等引起的普通强迫类振动。

由以上比较可以确认，4号轴承存在较大质量不平衡的影响。同4号轴承比较，3号（2号）轴承的振幅显示较小，即质量不平衡的影响小于4号轴承。

（3）带负荷运行数小时后，3号（2号）轴承的振幅升高。根据表1序号3～6可以看出，3号（2号）轴承的振幅不仅受质量不平衡的影响，同时还受到热态稳定性差等因素影响。

4 机组振动故障的处理

由上述影响因素分析，振动故障主要是由于质量不平衡、轴承的热稳定性较差等造成的，可以从以下几方面对轴承进行检查并处理。

4.1 检查处理4号轴承松动等缺陷

（1）用涂色法检查4号轴承垫块与凹窝接触情况，发现径向往复撬动下半轴瓦时有松动现象。这一现象说明，下部垫块与凹窝的接触较两侧的接触更为严密，这是不合理的。

根据规范DL 5190.3-2012《电力建设施工技术规范：汽轮发电机组》，瓦枕垫块与凹窝接触面积在每平方厘米上有接触点的面积应占垫块面积的70%以上，并均匀分布。

通常都是采用刮研垫块（图1中1#位置）的方法，来保证紧密接触的要求。

4号轴承的瓦枕垫块中心线与垂线的夹角α＜90°，根据规范要求，下半瓦应在不放转子的状态下，使两侧垫块无间隙，下部垫块与其凹窝的接触应较两侧为轻或有0.03～0.05mm的间隙，见图1所示的尺寸c。

这种预留间隙的做法，是为了防止转子的重力作用使轴瓦变形两端翘起。抽去底部的垫片，加上转子的重力后，使各垫块上负荷的分配更为均匀。

因检查4号轴承发现松动现象较为严重，所以采用在两侧垫块内增加垫片，同时刮研处理垫块接触面积的处理方法。增加垫片后，径向往复撬动下半轴瓦时不存在松动现象。刮研后，检查底部垫块，明显较两侧的接触要少。

（2）轴颈与钨金的接触投影面出现弯曲形状的接触，说明运行时轴瓦与转子的相对位置出现了1X频率的振幅波动。

（3）4号轴承盖的紧力要求f=0.03～0.07mm。检查发现4号轴承盖与上部垫块的配合存在0.02mm的间隙（见图2）。

图2 4号轴承盖与上部垫块的间隙

上述4号轴承两侧垫块接触不良，上部垫块（图2中4#位置）出现间隙等问题，都会使4号轴承出现松动，引起普通强迫类振动。经过调整和刮研等处理，4号轴承的上述缺陷消失。

4.2 检查处理造成轴承热稳定性差的因素

（1）检查2号轴承发现，轴瓦钨金的接触角过大，约60°以上。轴瓦两侧间隙基本一致，约为0.35mm，接近间隙要求（0.30～0.36mm）上限。

根据规范DL 5190.3-2012《电力建设施工技术规范：汽轮发电机组》，转子与轴瓦钨金的接触角一般为30°～45°，沿下瓦全长的接触面应达75%以上，并均匀分布无偏斜。

分析钨金接触角过大的原因是，转子与轴瓦在热态工况时出现接触缺陷，接触缺陷会使轴承的比压减小，很容易出现油膜振荡。

事实是，在轴承检修前，用平衡仪监测机组升速过程中，分析3号轴承的振幅组成，发现有0.5X频率的谐波成分，最大值约为10μm。接触角过大，是0.5X频率的谐波现象的合理解释。

经过刮研处理，2号轴瓦钨金接触角减小至约30°。

（2）检查发现，3号轴瓦钨金的接触角也有偏大现象，用同样的方法对其进行刮研处理。

（3）刮研3号轴承的瓦枕垫块，保证轴承与凹窝的接触严密。

4.3 汽—发联轴器重新找中心

通过汽—发联轴器重新找中心，减小汽轮机和发电机转子轴系的中心偏差。

因4号轴承的瓦枕垫块为球面形结构，调整尺寸数值较大，而瓦枕垫块内的垫片较少，不能满足调整需要，所以采用在轴承座下面增减垫片的方法进行调整。汽—发联轴器重新找中心调整完成后，不需要重新刮研瓦枕垫块的接触面。

4.4 平衡测试调整

轴承检修后，通过平衡仪的测试，根据测试结果计算，在发电机转子前侧的平衡槽内增加平衡块。

机组轴承检修和平衡测试调整结束后，4月22日，机组再次启动。不同工况时各轴承轴振的随机记录见表2。通过比较运行工况，分析机组的振动特点如下：

（1）表2中的序号1，额定转速时，各轴承显示的振幅很小，说明质量不平衡的影响因素已经很小，确认动平衡调整结束。

（2）表1序号6和表2序号2比较，即检修前后的额定负荷工况比较，4号轴承的振幅下降较大。3号轴承的振幅下降不大，说明轴承还存在热稳定性差等其他因素的影响。

5 几点体会

5.1 瓦枕垫块与凹窝接触的判断

4号轴承的下半轴瓦质量＞50kg，涂色检查瓦枕垫块的接触时，用很小的力矩（＜200N·m）即可轻松地在轴承凹窝内沿径向往复转动下瓦，这是不正常的。出现这种情况即可判断为两侧垫块与凹窝的接触不良，放入转子时，两侧垫块必然会出现间隙。

表2 各轴承沿X、Y两方向的轴振（μm，双振幅）

4号轴承上半瓦垫块的中心设置φ30mm的圆柱销（图2中5#位置），4号轴承的松动会增大圆柱销受到的剪力作用。圆柱销的定位，虽不至于使轴承产生径向转动的位移，但两侧垫块的间隙，会导致轴承沿左右方向产生轴振频率为1X的位移。

4号轴承盖与上半瓦垫块的间隙（图2中尺寸f）同时作用，使振幅较大幅增加。

5.2 机组的热稳定性缺陷分析

2号轴承钨金出现较大的接触角，经分析认为，不是钨金加工精度低，钨金表面误差过大造成的。因为如果单纯是这一原因则应在额定转速时，振幅就会增大，而不是在数小时后才缓慢增大。可推断2号轴承钨金出现较大的接触角是由于热态时轴承与凹窝的接触不良，甚至出现局部间隙等恶化现象所致。

轴承在制造过程中，凹窝和2号轴瓦的接触面积稍有不良，冷态工况的振幅虽然可以维持稳定运行，但在热态工况时则会出现恶化现象，2号轴承会出现1X频率的位移，从而使得轴颈与钨金的接触面增加，即轴振增加。

2号轴承的钨金轴向长度为103mm，3号轴承的钨金轴向长度为133mm，同时还采用球面结构。显然，2号轴承比3号轴承的刚度差很多。由于2号轴承结构的原因，出现问题时，振幅容易增大是可能的。类似机组出现过汽—发联轴器的制造缺陷，都曾使2号轴承的振幅增加较大。

继续对2号轴瓦钨金进行刮研处理，热态工况时还会出现钨金接触角增大的情况，或者接触角虽有所减小，但振幅不会减小。因为根本问题是2号轴承与凹窝接触不良造成的，而2号轴承瓦枕与凹窝的接触是不能作刮研处理的。

经过调整凹窝内的三件垫块，可保证轴承支撑的稳定，但是对于固定式的轴承，凹窝内与轴瓦圆柱面的接触是否可以保证支撑的稳定，则要由凹窝和轴瓦的半径偏差，即配合的间隙偏差来决定，而现场没有办法处理固定式轴承接触不良和保证接触面积等问题。

6 结语

经过上述对巴基斯坦某余热电站机组振动故障的分析及消缺处理，有效降低了振幅，取得了较为满意的结果，供处理同类型机组轴振故障时参考。