汽輪機油膜振蕩的影響因素與預(yù)防措施

王　虹

中圖分類號：TH

文獻標識碼：A

文章編號：1673-0992(2009)03-0037-01

摘要：油膜振蕩是由于滑動軸承中的油膜作用而引起的旋轉(zhuǎn)軸的自激振蕩，可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達到臨界轉(zhuǎn)速時同等的振幅或更加激烈。導(dǎo)致油膜振蕩的因素有：軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計、軸承負載、潤滑油黏度、軸瓦間隙等，針對上述提出了相應(yīng)措施。

關(guān)鍵詞：油膜振蕩因素措施

油膜渦動和油膜振蕩在高、中壓和低壓轉(zhuǎn)子上均可能發(fā)生，并且由于轉(zhuǎn)子標高受熱負荷的影響，油膜失穩(wěn)不但可能在升速過程。而且也可能在帶負荷期間發(fā)生。油膜振蕩不僅會導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機械的故障，有時也是造成軸承或整臺機組破壞的原因。油膜振蕩的特征與不平衡振動有本質(zhì)的區(qū)別，油膜振蕩具有以下特征：①油膜振蕩在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的2倍以上轉(zhuǎn)速時發(fā)生，一旦發(fā)生振蕩。振幅急劇加大，即使再提高轉(zhuǎn)速。振幅也不會下降。見圖1。強烈振動有時會導(dǎo)致燒瓦和軸系的破壞；②油膜振蕩具有慣性效應(yīng)，升速時產(chǎn)生油膜振蕩的轉(zhuǎn)速與降速時油膜振蕩消失的轉(zhuǎn)速不相同，見圖2；③油膜振蕩開始發(fā)生，但還未發(fā)展為劇烈的自激振動時，軸心軌跡圖形呈現(xiàn)紊亂狀態(tài)，在一般情況下，正常工作時，軸心也是按一定的軌跡運動，其軌跡在小范圍內(nèi)變化。當油膜振蕩發(fā)生時，振動逐步劇烈，軌跡的變化范圍劇烈增大，且呈紊亂狀態(tài)：④油膜振蕩時轉(zhuǎn)軸將承受較大的交變應(yīng)力，由油膜振蕩產(chǎn)生的交變應(yīng)力的頻率是轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)頻率與軸心渦動頻率的差。

一、導(dǎo)致油膜振蕩的常見因素

根據(jù)油膜失穩(wěn)的定性分析，結(jié)合汽輪機實際運行過程中出現(xiàn)的油膜失穩(wěn)及處理方法?？煽偨Y(jié)出導(dǎo)致油膜振蕩的因素如下：

1、軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計。它影響轉(zhuǎn)軸的剛度，也即影響臨界轉(zhuǎn)速：同時也影響轉(zhuǎn)軸的載荷分布及軸的撓曲程度：轉(zhuǎn)軸在工作過程中偏心率的大小將影響其臨界轉(zhuǎn)速，同時也影響軸承的工作條件，即軸承的工作性能。

2、軸承負載。汽輪發(fā)電機組軸系安裝時，是在轉(zhuǎn)子不旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，按制造廠家提供的撓度曲線和規(guī)范，調(diào)整軸承中心位置找正的。但在運行過程中。由于機組的熱變形，轉(zhuǎn)子在油膜中浮起，以及真空度、地基不均勻下沉等因素的影響。軸系對中情況將發(fā)生變化，即標高產(chǎn)生起伏。因此，在熱態(tài)下，機組軸承的負荷將重新分配，有可能使個別軸承過載，出現(xiàn)溫升過高和燒瓦。個別軸承的負荷偏低，產(chǎn)生油膜振蕩或其它異常振動。

3、潤滑油黏度。影響潤滑油黏度的因素有油質(zhì)、油的牌號和油溫。隨著油黏度的提高，軸瓦穩(wěn)定性會降低。影響油質(zhì)的因素主要是油中含水和劣化。目前，國內(nèi)使用的汽輪油有32號和46號兩種，前者黏度小于后者。油溫對油黏度有很大的影響。當其它條件不變時，油溫高則油的黏度低，最小油膜厚度變小，軸承的工作點、油膜剛度和阻尼系數(shù)都將發(fā)生變化。一般情況下，油溫高，最小油膜厚度小，偏心率大。軸承不易產(chǎn)生油膜振蕩，即提高了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。

4、軸瓦間隙及其它因素。軸瓦間隙影響軸承的穩(wěn)定性，主要是由于影響軸承運行的最小間隙，最小間隙是穩(wěn)定工作的重要依據(jù)。最小間隙越小，軸承工作越穩(wěn)定。根據(jù)國內(nèi)外文獻及實驗說明，軸承緊力、支承座、基礎(chǔ)的剛度等對軸系穩(wěn)定性也有影響。定性地說，支承剛度、阻尼增大穩(wěn)定性提高，特別是增大阻尼對提高穩(wěn)定性有明顯的作用。

二、油膜振蕩的預(yù)防和處理措施

1、改變軸承間隙。在軸瓦穩(wěn)定性計算中，不論是圓筒瓦、橢圓瓦還是三油楔瓦，隨著軸瓦半徑間隙的增大，穩(wěn)定性將增高。但根據(jù)實際運行經(jīng)驗來看卻并非如此，這三種軸瓦過大的頂隙都會顯著降低軸瓦穩(wěn)定性，所以要盡量減小軸瓦頂隙。在現(xiàn)場減少軸瓦頂隙，一般都采用修刮軸瓦中分面的方法，使圓筒形瓦變成橢圓瓦、橢圓瓦的橢圓度進一步增大，三油楔瓦變成三油楔和橢圓混合型瓦，這樣就加大了上瓦的油膜力，使軸頸上浮高度降低，從而提高軸瓦的穩(wěn)定性。橢圓瓦和三油楔瓦頂隙可以減少到軸頸直徑的1‰-1.3‰，軸頸直徑大的，取上限；軸頸直徑小的，取下限。目前現(xiàn)場真正的圓筒形瓦(頂隙等于2倍側(cè)隙)已很少見到，而所謂的圓筒形瓦實際上橢圓瓦，其頂隙和側(cè)隙近似相等，當這種軸瓦發(fā)生自激振動時，可以將其頂隙減少至軸頸直徑的1.2‰-1.5‰，這是由于這種軸瓦側(cè)隙較小。頂隙不宜過小，否則會引起烏金溫度的升高。

2、換用穩(wěn)定性較好的軸瓦。目前現(xiàn)場使用的有圓筒瓦、橢圓瓦、三油楔瓦和可傾瓦，前2個軸瓦在現(xiàn)場使用已有較長的歷史，而且積累了較豐富的使用經(jīng)驗。從穩(wěn)定性來說，橢圓瓦好。因此。在現(xiàn)場發(fā)生軸瓦自激振動時，首先是將圓筒形改成橢圓瓦。實踐證明，效果良好。目前國內(nèi)可傾瓦只是局限在大型機組上使用。

3、提高潤滑油進油溫度(一般提高至40℃-45℃)，減少油黏度，以減少λ值，啟動頂軸油泵，采用靜壓和動壓混合式運行方式提高軸承／油膜的徑向剛度。此措施已成一般機組發(fā)生油膜振蕩時采取的最有效的手段。只要一啟動頂軸油泵，油膜振蕩立即消除。

三、小結(jié)

油膜振蕩對汽輪機組設(shè)備的危害極大。所以在實際運行和檢修過程中都必須認真對待這個問題。在發(fā)生油膜振蕩時，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生的現(xiàn)象，及時采取措施，以保證機組的安全運行。但必須指出，軸瓦自激振動雖然與機組運行中的某一參數(shù)有關(guān)，例如凝汽器真空、主蒸汽參數(shù)、有功負荷、熱負荷、勵磁電流等，但是在擬定消除振動措施時，不能只局限于針對這些有關(guān)參數(shù)，而必須從消除軸頸擾動過大和提高軸瓦穩(wěn)定性最基本的因素著手，這樣才能獲得較好的效果。