300 MW机组汽轮机轴瓦油膜振荡分析与处理

2020-09-02

能源与环境 2020年4期

（天津华能杨柳青热电有限责任公司天津 300380）

0 引言

天津华能杨柳青热电有限责任公司8号机组汽轮机为上海汽轮机制造厂生产的C300/250-16.7/0.343/538/538型亚临界一次中间再热单抽凝汽式汽轮机。汽轮机本体有4个径向支持轴承，高中压转子和低压转子各用两轴瓦支撑，其中1号和2号轴承为可倾瓦式；3号轴承为三瓦块型式；4号轴承为圆柱形轴承；5、6号轴承为发电机轴承，型式为椭圆瓦；7号轴承为励磁机轴承，型式为可倾瓦。

油膜振荡发生在油润滑滑动轴承的旋转设备中，在转子正常工作时，轴颈中心和轴承中心并不重合，而是存在一个偏心距e。当油膜振荡载荷不变、油膜稳定时，偏心距e保持不变，机组运行稳定，轴颈上的载荷W与油膜压力保持平衡。若外界给轴颈一定扰动力，使轴心O1位置产生位移△e而达到新位置，这时油膜压力由p变为p′，因而不再与此时的载荷W′（W′-W）平衡，两者的合力为F，其分力F1将推动轴颈回到起初的平衡位置O1，而在分力F2的作用下，轴颈除了以角速度ω作自转外，还将绕O1涡动（涡动方向与转动方向相同），其涡动速度约为角速度的一半，称为油膜涡动（半速涡动）。油膜涡动产生后就不消失，随着工作转速的升高，其涡动频率也不断增强，振幅也不断增大。如果转子的转速继续升高到第一临界转速的2倍时，其涡动频率与一阶临界转速相同，产生共振，振幅突然骤增，振动非常剧烈，轴心轨迹突然变成扩散的不规则曲线，半频谐波振幅值就增加到接近或超过基频振幅。若继续提高转速，则转子的涡动频率保持不变，始终等于转子的一阶临界转速，这种现象称为油膜振荡［1］。

1 油膜震荡现象及特征

天津华能杨柳青热电有限责任公司8号机组汽轮机运行中3号轴瓦发生油膜振荡。具体表现为：8号机3号轴瓦Y向振动在运行中突升，持续时间78 min，最大达到137 μm，3号轴瓦Y向振动趋势图如图1所示，振动异常点频谱图如图2所示。

图3为汽轮机3号轴承Y向振动正常点频谱图。通过比对图2和图3发现，3号轴瓦振动异常是由半频振动分量引起，调取3号轴瓦在机组带负荷后轴心位置图（如图4所示）。通过图4可以看出，在机组带负荷后，3号轴瓦处轴心位置持续抬升，上升约200 μm，调取振动异常点前后轴心位置图（如图5所示）。从图5可以看出，轴心在该时间段内高度位置变化较大约 60 μm，在 09∶45～09∶55 时间段内还发生了轴心突然下沉的情况。

在转子抬高较多后，油膜厚度也将持续增加，轴心突然下沉将激发油膜波动进而可能引发油膜振荡，且3号轴瓦回油温度一直较低（40℃左右），故分析3号轴瓦Y向振动异常为油膜振荡导致。

2 油膜振荡原因及处理措施

分析汽轮机轴瓦发生油膜振荡的原因是轴承油膜存在自激振动故障缺陷：轴承间隙配合超标、轴瓦压比小、轴瓦载荷分布不合理等。在热态、冷态、机组负荷变化时，汽轮机进汽、抽汽等干扰力对轴瓦产生影响，从而使油膜涡动激化转变为油膜振荡。

鉴于3号轴瓦振动状态较差，为防止因轴瓦振动大导致机组跳闸，在运行中作出如下调整方案：①在运行中尽量避免负荷大幅度波动，防止轴瓦载荷突变影响油膜形成；②适当提高润滑油温，降低润滑油粘度，有效抑制振动发生，并严密监视各轴瓦金属温度，防止轴瓦烧毁；③利用机组停机机会，对3号轴瓦进行了抢修处理，3号轴瓦解体后发现下瓦两侧瓦块存在偏磨现象且乌金面受损严重，如图6所示。

为了提高轴瓦稳定性，抑制油膜振荡，作出如下处理措施：①将乌金受损处圆滑过渡，修刮进出油口，增大轴瓦压比，修刮后情况图7所示；②轴瓦结合面车对口，轴瓦顶隙由原0.53 mm减小至0.43 mm；③调整3号轴瓦标高，尽量使其载荷分布合理，轴瓦两侧垫铁各加0.05 mm垫片，并检查垫铁接触情况良好。

修后机组启动后运行过程中3号轴瓦X、Y向轴振分别为45.6 μm、48.9 μm，振动频谱以 1 倍频为主，没有低频成分，机组没有再出现油膜自激振动。