N330 MW汽輪發電機組4#軸承振動原因分析及處理

盧建中，潘世漢，孫 暉，陳曉勇

(浙江臺州發電廠設備部，浙江 臺州 318016)

浙江臺州電廠7#機組系北京重型電機廠－法國阿爾斯通公司合作生產的N330 MW汽輪發電機組.2#對輪(即靠背輪)位于中壓缸后4#軸承與低壓缸前5#軸承之間.7#汽輪機自1996年投產以來，4#軸瓦一直不定期出現振動較大的現象，啟動中，有時在維持3 000 r/min時，4#和3#軸承振動會緩慢爬升，經多次拍車、沖轉，幅值會衰減，原因不明.2009年12月7#機組第3次大修后首次啟動時，發現振幅較大，在3 000 r/min時，4#軸瓦振動X/Y方向為95 μm/68 μm，機組帶滿負荷時振幅進一步增加，X/Y方向為 175 μm/100 μm.對2#對輪螺絲緊力及4#軸瓦進行解體檢查，未發現明顯缺陷.當啟機轉速為3 000 r/min時，X/Y方向上 3#軸承振動為 50 μm/33 μm，4#軸承振動為 95 μm/68 μm，但在滿負荷時，4#軸承振動為121 μm/92 μm，而且很不穩定(正常運行時軸承振動要求小于40 μm，高限為130 μm，跳閘為180 μm).根據在線振動監測系統顯示，此時X方向油膜厚度增加到0.189～0.190 mm，自動診斷結論是因油膜太厚引起振幅增加.為了減小振幅，2011年1月7#機組停機檢修時，對2#對輪螺孔及4#軸瓦再次進行全面解體檢查.

1 振動原因分析

1.1 主要原因

對輪螺孔存在缺陷是引發振動的主要原因.7#機組4#軸瓦在大修前不定期出現振動較大情況，大修之后振動穩定，但仍然較大，最高時可達125 μm，且隨負載提高而變大，各軸承振動情況見表1.

表1 各軸承振動情況

初步判斷靠背輪連接可能存在滑移現象.同時浙江電力試驗研究所專家進一步分析認為，2#對輪(即中低轉子聯軸器)螺孔存在一定缺陷，且基本確定為基建安裝遺留問題.另外，鑒于4#軸承溫度在60℃左右，而5#軸承溫度卻為90℃，故認為4#軸承存在輕載現象.為了驗證這一分析的正確性，在2#對輪螺栓解體前，先進行對輪同心度和晃度的復測(2#對輪共有8個聯接螺栓).為了測量對輪不同角度的同心度，在兩半對輪下面分別安裝兩個百分表，如圖1所示.圖1中，A為電機側對輪對應的百分表指示值，B為汽機側對輪對應的百分表指示值，A-B為同心程度偏差值，每轉45°分別記錄A值和B值.

表2為對輪同心度各測點的測試值.由表2可知，同心度偏差最大為0.16 mm，電機A側對輪晃度最大為0.13 mm，汽機B側對輪晃度最大值為0.10 mm，超標較嚴重(標準要求為≤0.02 mm).同時，檢修前的B值均小于A值，表明4#瓦軸承對輪的中心位置均高于5#瓦軸承對輪中心位置，即靜態時的A側對輪在自重作用下始終偏下，此時4#和5#軸承溫度不僅出現較大偏差，而且對輪螺栓受力狀況也不甚理想.

圖1 對輪同心度測試

表2 同心度測試數據 mm

從表2還可以進一步發現，除1#和2#螺孔外，其他3#～8#螺孔均存在不同程度的同心度偏大現象.在剛經過大修且同心度檢測均合格的情況下，短短幾個月內竟然出現這么明顯的超標現象，表明不是對輪螺栓緊力不到位，就是螺孔有問題.因此，我們在將對輪螺栓全部拆卸后，先將2#對輪同心度及晃度均調整至0.02 mm范圍內，然后對各螺孔內徑進行全面檢測.結果發現，對輪的開口錐形套筒(或稱對輪銷子)與螺孔之間的配合尺寸明顯有問題，其中2#螺孔超標最嚴重，內徑為61.15 mm/61.09 mm，而原開口錐形套筒外徑為60.00 mm.8個螺栓中實際上只有4個螺栓真正在起作用.開口錐形套筒外形及加工尺寸如圖2所示.各對輪螺孔配合尺寸如表3所示.

在沖轉空負荷時，對輪傳遞的扭矩很小，故振動良好，但在帶負荷情況下，振動會隨負載的提高而增大，說明在帶負荷狀態下，對輪扭矩增大，在開口錐形套筒與螺孔匹配不良的情況下，即使螺栓緊力足夠，但兩半對輪仍然會出現滑移現象，使張口產生變化或嚴重不對中，從而導致轉子在旋轉中產生跳動，這與先前的判斷和分析是一致的.

圖2 開口錐形套筒外形及加工尺寸

表3 對輪螺孔內徑測量

1.2 其他因素

在線監測及診斷系統的反饋意見為:由于X方向油膜厚度較大(0.185～0.190 mm)，引起 X方向振幅增加，建議將X方向所對應的軸瓦下面的墊鐵厚度增加 0.06 ～0.08 mm［1］.但是在復測2#對輪中心時，發現該中心是符合標準的，即左右圓周為0.02 mm，右張口為 0.015 mm;上下圓周為0.02 mm，上張口為 0.01 mm.因此，該對輪中心無論張口、圓周均無超差現象，說明軸系中心沒有變化，可排除對輪中心不正引起振動這一因素.檢修過程中，還針對幾個可能的原因進行逐一排查，比如仔細檢查對輪的端面，并未發現毛刺等異常缺陷;重演并驗證對輪螺栓緊固方法及檢修工序，也未發現任何錯誤.

2 振動原因的處理方法

確定對每個螺孔進行重新絞孔，并將8個開口錐形套筒及對輪螺栓全部更換.在確認對輪同心度偏差消除后，再進行鉸孔，每鉸一個孔，復測一次同心度，觀察有無數值變化;4個螺孔鉸孔結束后，將4個新螺栓連接上去，再復測同心度仍在0.02 mm內;然后拆卸4個假螺栓，此時復測同心度，數值出現了偏差，最大為0.05 mm.我們采取一些調整手段，將對輪同心度調至0.02 mm內，再鉸剩下的4個螺孔，最后復測同心度合格(見表2).由此表明，對轉子同心度的測量非常重要，因為一般機組在確定對輪中心后，轉子的同心度也就滿足了要求，但是由于轉子自身存在輕微彎曲，以及為防止對輪螺栓聯接時對輪圓周會出現偏差，故一般在緊固對輪螺栓的同時還要測量調整轉子的同心度.雖然通過緊固螺栓調整了轉子同心度，但是軸承(軸系)的中心是不會變化的.這樣的調整顯然有助于減小轉子運行時的晃度.因此，測量并調整對輪同心度，是汽輪機尋找對輪中心工作的延續與深化［2］.

從表2可以看出，檢修后，除1#螺孔外，其他B值均等于或小于A值，表明兩個對輪中心位置基本相等，說明4#和5#瓦軸頸中心位置基本一致，而且在鉸孔并調整對輪同心度后，4#軸瓦油膜厚度減小，即軸頸與軸瓦之間的油膜厚度變薄.當滑動軸承中充滿了潤滑油時，由于油的粘性作用，一部分油也隨軸頸一起轉動，使軸頸與軸瓦間的楔形間隙內的油壓升高，此時油膜具有一定剛度，正是這個油膜剛度支撐了轉子的徑向載荷，當載荷增加時油膜變薄，油膜剛度增加，振幅下降［3］.

表4和表5分別為7#汽輪機檢修前后的軸振幅、油膜厚度及相位角統計數據［4］.

表4 7#汽輪機檢修前油膜厚度、軸振幅及相位角

表5 7#汽輪機檢修后油膜厚度 軸振幅及相位角

由表4和表5可知，4#軸瓦X方向油膜厚度由 185 μm 下降到 74 μm，而振動幅值由 122 μm下降到47 μm.由這兩組數據可知，振幅變化與油膜厚度變化呈正比關系，油膜厚度變薄，油膜剛度增加，致使振幅下降.另外，檢修前后軸頸偏心位置不變，僅因油膜厚度和阻尼系數的變化引起的相位角的偏差很小.

在對4#軸承進行仔細檢查時，未發現明顯異常，同時因檢修前對2#對輪中心進行復測時均符合標準，故檢修中未對4#軸承底部墊鐵作任何調整.2011年2月，7機組沖轉，當轉速達3 000 r/min 時，4#軸瓦 X/Y 方向振動值為 50 μm/30 μm;滿負荷時，4#軸瓦 X/Y方向振動值為45 μm/35 μm.處理后，4#軸瓦軸振下降了70μm，消除了亞倍頻21 Hz的振動.

3 結論

(1)2#對輪的開口錐形套筒與螺孔的不匹配，使對輪的扭矩及兩半對輪中心的相對位置產生影響.

(2)2#對輪同心度偏差引起4#軸瓦軸頸徑向位置上移，徑向載荷減小(即存在輕載現象)，油膜厚度增加，引起油膜剛度下降，導致振幅增加.通過絞孔措施消除了對輪同心度偏差，使4#軸瓦軸頸徑向位置下移，油膜厚度減小，振幅下降.

［1］葉榮學，孫偉.油膜剛度變化對轉子振動特性的影響［J］.汽輪機技術，2006(2):114-115.

［2］潘世漢，盧建中.密切爾推力軸承故障原因分析與處理措施［J］.浙江電力，2010(2):37-39.

［3］陸頌元.汽輪發電機組振動［M］.北京:電力工業出版社，2000:18-96.

［4］黃其勵.電力工程師手冊［M］.北京:中國電力出版社，2002:348-359.