淺析減小煙氣輪機徑向軸承振動值的措施

張天嵌，陳利維

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

煙氣輪機是煉油催化裂化裝置上的核心機組，而徑向軸承在煙氣輪機中是關鍵部位，起著支撐轉子轉動的作用，由于煙氣輪機轉子為剛性轉子且為懸壁結構，所以徑向軸承性能的好壞直接關系到煙氣輪機能否能夠安全平穩運行，影響著煙氣輪機的整體質量。

在運行過程中，煙機主軸以5 000 r/min～7 000 r/min轉速旋轉（見表1），將一定黏度的潤滑油帶入油楔中，形成壓力油膜承受載荷，潤滑油在收斂的楔形間隙中流動，由于油層間的剪切應力的作用，產生流體動力，使相對運動的軸外表面和瓦內表面被油膜隔開，形成純液體摩擦。這類軸承具有結構簡單，運行平穩，抗振阻尼小，噪聲小，主軸系統強度和剛度大，軸承的可靠性和承載能力高的特點[1-3]。

表1 設計數據

1 YL12000E型煙氣輪機的概況及試車狀況

該煙氣輪機采用傳統的軸向進氣，垂直向上排氣的結構，其徑向軸承采用的是四油楔固定瓦軸承。在試機過程中，煙氣輪機入口、出口采用管道連接，構成密閉的實驗回路；電動機通過液力偶合器調速和增速箱增速驅動轉子旋轉，使空氣在密閉回路中不斷循環，達到規定的入、出口循環溫度。同時煙機及密閉循環管線應采取必要的保溫措施，以便實驗中循環氣體達到300℃以上，完成煙機的熱態考核。但是在試機過程中，此煙機后徑向軸承其x方向的振動值為40 μm，y方向的振動值達到60 μm，其振動值偏大。

2 振動原因分析

軸承穩定性對轉子振動行為及穩定性的影響十分巨大[4-6]。在煙氣輪機的運行過程中，隨著工作轉速的提高，軸的振動值也隨著工作轉速的提高而增加。在YL型的煙氣輪機采用的是剛性轉子，其工作轉速低于轉子的一級臨界轉速，因此只產生油膜渦動，不至于發展成油膜振蕩，在有效抑制油膜渦動的情況下，仍可以正常運行。油膜渦動是指轉子在繞自身幾何軸線高速旋轉的同時，還環繞軸承中心連線做公轉運動，渦動是由油膜力造成的。實際上，油膜渦動的頻率總是小于轉子工頻的0.5倍，為0.42～0.48倍的工頻。油膜渦動的頻率隨轉子工頻成比例的增減，振動幅值也隨之變化，即隨著轉速的升高，半速渦動成分的振幅值也逐漸增大。油膜渦動的能量較小，一般不會破壞軸承的正常潤滑，但隨著轉速的升高，當轉速達到一階臨界轉速的2倍時，其渦動頻率將與轉子的一階臨界轉速接近，誘發油膜振蕩。油膜振蕩危害極大，在短暫的時間里就可以毀掉轉子和軸承，因此盡可能避免油膜渦動和油膜振蕩帶來的危害。

3 減小振動值的措施

3.1 減小軸瓦間隙

原來使用的軸承相對間隙為1.5‰左右，由于油膜承載力與軸承半徑間隙的平方成反比，將相對間隙減小到軸徑1.2‰～1.3‰可以看出，軸承的承載能力、油膜剛度和阻尼都有所增加。另外，軸瓦產生的油膜壓力也比調整前大了，這有助于提高軸的旋轉精度。因此，采用這種方法，對抑制油膜渦動有一定的效果，提高了系統的抗振性及穩定性，是現場常見的調整方法。

式中剛度數阻尼數。

減小瓦間隙前后振動值對比（見表2，表3）。

表2 減小瓦間隙之前

表3 減小瓦間隙之后

由于煙氣輪機徑向軸承的瓦塊采用的是機械加工，在加工過程中可能產生相對誤差；在把軸承箱蓋壓在軸承座上時和把瓦塊裝到軸承座里時，壓緊力的大小也產生影響；以及測量誤差等積累到一起，導致煙機開起后x或y某個方向振動值偏大（見圖1），這時最簡單的方法是給振動值偏大的瓦塊下墊相應厚度銅皮。這種方法既簡單又能有效減小振動值，提高徑向軸承的穩定性，是現場最常用的操作方法。

圖1 YL12000E徑向軸承

下面是YL12000E煙氣輪機徑向軸承振動值偏大的具體解決方案。

根據圖1所示，表2計算。

軸徑為d=2r=165 mm

一般軸瓦間隙 c=d×1.1 ‰（可傾瓦）=d×（1.2-1.3）‰（加工瓦）

計算值c=165×1.2‰=0.2 mm

內徑千分表測得軸瓦間隙c=0.22 mm

所以分別給上兩塊瓦墊0.02 mm的銅皮使其滿足設計要求。

但是當煙氣輪機試機時，x方向的振動值為40 μm，y方向的振動值為60 μm，振動值偏大，在現場再采用墊銅皮的方法。

這時給x方向上瓦塊墊0.02 mm的銅皮，y方向上的瓦塊墊0.03 mm的銅皮，這時煙氣輪機開啟后徑向軸承的振動值減小，達到了平穩運行要求。

所以最終x方向墊銅皮0.02+0.02=0.04 mm

y方向墊銅皮0.02+0.03=0.05 mm

實際上的瓦間隙是測量值減掉所墊的銅皮厚度。

瓦間隙 c=0.22-（0.04-0.05）=0.17-0.18 mm

這時倒推出瓦間隙為ψ=（0.17-0.18）/165=1.1‰左右。

這種方法現場采用最多，操作方便，是最有效減小振動值的方法。

3.2 減小軸瓦寬度

減小軸瓦的寬徑比，瓦寬與軸徑的比值相對減小，最大油膜壓力比減小軸瓦間隙有較大提高。減小軸瓦寬徑比，有利于增大壓強，提高運轉穩定性，增加軸承兩端潤滑油的泄漏量，以降低溫升，但寬徑比不能太小，一般在0.4～0.5時為宜；否則，就減小了軸承的油膜剛度和阻尼，削弱了系統的抗振性，同時承載能力也將降低。

3.3 調整潤滑油溫度

徑向軸承的振動值隨潤滑油溫度的降低而減小。從理論上講，提高油溫，等于減小了油的黏度，軸徑在軸瓦中的偏心率及承載能力系數都得到了增加，有利于軸徑的穩定。但對于振動值偏大不穩定的軸承，降低油溫，提高了油的黏度，等于增加了油膜對轉子渦動的阻尼作用，往往會使振動值有所下降。一般情況下，煙氣輪機的進油溫度控制在35℃～40℃，徑向軸承運行最平穩。

一般滑動軸承，根據轉速，按下列公式選取潤滑的黏度，可以保證油的溫升不至于過高。

式中：η-潤滑油的黏度，Pa·s；n-軸徑的轉速，r/s。計算所得黏度應為有效油溫下的黏度。

3.4 調整合適的軸瓦進油壓力

潤滑油壓力的變化同油溫的變化一樣，改變的是油膜的工作狀態。油壓越小，油膜越薄，軸徑在軸瓦中的偏心率及承載能力系數越有利于軸徑的穩定。煙氣輪機軸瓦的進油壓力，要求控制在0.15 MPa～0.18 MPa，通過查閱有關資料，逐漸將油壓降至0.08 MPa，振動值將明顯下降。一般潤滑油的壓力不能低于0.058 8 MPa，低于其值發出報警信號；再低于0.039 2 MPa時停機。調整油壓一定要謹慎、緩慢，控制好機組的運行狀態，避免因潤滑油的油壓過小、油膜太薄，使摩擦熱量來不及帶走，造成徑向瓦溫度超指標，出現干摩擦，損壞徑向軸承。

3.5 采用不等長油楔

確定油楔數時要兼顧穩定性和承載能力兩方面的要求，為了提高多楔軸承的承載能力，可采用不等長的油楔，用較長的油楔承受軸承外載荷也有利于軸承的穩定。

3.6 采用偶數油楔

在選擇油楔數時，并不是油楔數越多，穩定區越大，但油楔數越多，在各個半徑方向上軸承的油膜剛度越均勻。首先，為了便于剖分，采用偶數油楔；其次，偶數油楔承受載荷是兩個瓦塊，奇數油楔一般是一個瓦塊承受載荷，所以該結構的軸承旋轉精度和定心性好，抗油膜振蕩能力、剛度和阻尼都較大，軸承的穩定性好。

3.7 減小楔形度

半徑間隙c與軸頸半徑r之比為相對楔隙，相對楔隙與相對間隙之比值ψ/ψ*稱為楔形度。楔形度大表明楔形間隙楔角大。楔形度大可能在楔形間隙的起始段未能形成承載油膜，使軸承油膜變短，軸承的承載能力下降。楔形度在2～3范圍內為最佳楔形度，這種楔形度小的軸承在工藝上實現比較困難，但可以提高軸承的承載能力和穩定性。

4 總結

徑向軸承是煙氣輪機上的關鍵部位，徑向軸承的振動值偏大直接影響到煙氣輪機平穩正常的運行，因此減小振動值不但提高了徑向軸承的穩定性，而且延長了煙氣輪機的使用壽命，從而創造更大的經濟效益。本文通過減小軸瓦間隙達到了煙機平穩運行的要求，后面幾點為減小徑向軸承振動值的幾種方法，僅為探討，部分有待用于實踐當中，希望在實踐當中可以達到預期的目的。

參考文獻：

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[4]陳焰，袁小陽，孟慶集.由動態油膜力診斷軸系穩定性的方法[J].機械科學與技術，2002，21（S1）：29-31.

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