汽輪發電機機組油膜振蕩綜合診斷與處理建議

王傳軍

摘? ?要：針對某機組因油膜振蕩而導致跳機的問題，通過現場查、聽、檢與振動圖集及數據分析等方法，全面綜合地分析了故障的原因，并總結了相應的預防措施。為快速地判斷機組問題積累了寶貴經驗，該方法可以應用于現場油膜失穩振動故障診斷與處理。

關鍵詞：油膜振蕩? 浮動油檔? 軸承瀑布圖? 軸承比壓

中圖分類號：TM311? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0089-04

Abstract： In view of the problem of a unit jumping， the cause of the fault is analyzed comprehensively and comprehensively by means of field inspection， listening， inspection， vibration atlas and data analysis， and the corresponding preventive measures are summarized. This method can be applied to the diagnosis and treatment of oil film instability vibration faults in the field.

Key Words： Oil film oscillation floating; Oil level bearing; Waterfall diagram; Bearing specific pressure

某機組25MW雙抽凝汽式汽輪機為高壓、單缸、單軸、雙抽汽、沖動冷凝式汽輪機，與鍋爐、發電機及其附屬設備組成一個成套供熱發電設備，用于聯片供熱或煉油、化工、輕紡等大中型企業自備熱電站，以提供電力和提高供熱系統的經濟性。針對該機組運行過程中出現軸振突升引起跳機問題，通過現場聽、檢與分析主控參數等方法，診斷、清除了故障，總結了預防措施，為快速判斷機組問題積累了寶貴經驗[1-2]。

1? 機組的結構參數

上述汽輪發電機組運行在出現了油膜振蕩故障，該機組由一臺汽輪機帶動一臺發電機，#1和#2軸承為汽輪機的軸承，為橢圓瓦。#3和#4軸承為發電機的軸承，#3軸承為橢圓瓦，#4軸承為圓柱瓦，但是#4在研磨和運行過程中可能已經變成了橢圓瓦;機組的一階臨界轉速大約為1164.2r/min（見圖1）。

2? 油膜振蕩事故過程和分析

2.1 事故過程概況

機組在2016年7月下旬進行大修，直到8月17日晚上啟機過臨界。2016年9月27日，機組開始出現半頻幅值增大的現象，解體后發現浮動油擋有些碰磨，軸徑被磨出溝狀磨痕，因此將浮動油擋取消掉。取消浮動油擋之后，再重新啟機，過臨界達到極限250μm，無法過臨界。然后找相關機構做了動平衡，動平衡之后過一階臨界大約190μm，3000r/min轉速下振動狀態也不好，維持運行;11月8日10：40左右機組跳機，#3軸承的半頻振幅大約300μm。從機組振動在線監測和故障診斷系統TDM可以得到軸心位置圖、頻譜圖、軸系仿真圖，通過比較大修前和發生油膜振蕩時的這些圖和數據，可以得到有價值的信息，比如通過對比投產初期和發生油膜振蕩前的軸心位置圖，可以判斷軸頸的位置是否逐漸上升，軸承的穩定性是否逐漸下降[3-4]。

由圖2可知，發生油膜振蕩時，#3瓦X方向的半頻振幅達到大約300μm，引起了機組的跳機。圖3清楚地顯示了隨著時間的變化，半頻渦動突然增大變成油膜振蕩。

2.2 油膜振蕩前#3軸的振幅擾動

如圖3所示，在#3軸振發生油膜振蕩前，其軸振發生波動，后來發現是#1軸振振幅先逐漸增大（見圖4和圖5）。

后來查找影響#1瓦軸振波動的原因，如圖6所示，發生投抽汽時#1振幅波動比#3瓦振幅波動要明顯。處理正常后，截至目前投抽氣對一瓦及三瓦幾乎沒有影響。

投抽汽影響了距離最近的#1瓦，而#1瓦和#2都沒有發生油膜振蕩，但是#3軸承卻發生油膜振蕩。通過現場查看比較這4個軸承的瀑布圖，可以發現#1瓦、#2瓦和#4瓦的穩定性比較好，因為這三個軸承都以1倍頻為主，基本沒有半倍頻，也就是沒有低頻，而#3在11月8日一直存在半頻成分，這種低頻成份是不穩定的，受到一定的擾動量之后就會失穩。所以投抽汽之后，雖然#1振幅波動大，但是#1沒有失穩，反而是#1的較大波動影響了#3，其在#1的擾動下因為穩定性差而發生油膜振蕩[3-5]。

2.3 運行參數對#3和#4瓦軸振影響

如圖7所示，功率、真空、油溫變化時，對#3和#4軸承的影響不大。

3? 油膜振蕩事故處理建議

初步判斷引起#3瓦油膜振蕩的外部因素是投抽汽引起了#1軸承的波動，1瓦軸振逐漸增大，而#3軸承本來就存在不穩定的半頻渦動，當#3軸承受到#1軸振帶來的擾動越來越大時，#3軸承突然發生了油膜振蕩。比較這四個軸承的瀑布圖可以發現#3瓦的穩定性最差，而軸系的穩定性差是發生油膜振蕩故障的本質原因，因為軸承的標高、比壓、頂隙、側隙、油膜溫度和長徑比等因素對軸承的動力特性影響較大，出現油膜振蕩之后，一般都是對這些參數進行修改，另外也可以通過減小軸振達到減小軸承擾動力的作用[5-8]。具體措施如下。

3.1 根據標準調整軸系中心線，調整#3軸承標高，增加軸承載荷

根據制造廠的標準來調整#3軸承標高，盡量使#3的載荷分配合理。建議在熱態下打表測量軸承標高的變化，跟制造廠商量確定軸系中心線。另外，冷態下對中的轉子在熱態下可能不對中，應該根據實際情況預留冷態標高補嘗值。調整軸承標高時對現場來說，不但實施方便，而且工作量少、時間也短，經濟性最好。發電機轉子高于汽輪機轉子4絲，張口要求上張口，上張口標準0～2絲。

3.2 減小頂隙，增大側隙

對于汽輪機和發電機使用的橢圓瓦軸承，最小間隙比等于頂隙除以軸承半徑，取值為1‰～1.5‰，#3軸承的軸頸直徑為280mm，頂隙應該在0.28～0.42mm之間。但是制造廠設計的#3軸承的頂隙是0.35～0.42mm，而廠里對#3瓦進行刮瓦之后，#3軸瓦的頂隙沿著軸向方向分布是0.55mm和0.52mm，明顯偏大不合格。軸瓦頂隙偏大會顯著減少上瓦的油膜力，降低軸瓦的預載荷，減小軸瓦的偏心率，使穩定性降低。建議修改#3軸承的頂隙，盡量使其取頂隙范圍的較小值。

3.3 通過精細動平衡減小軸振

通過精細動平衡可以盡量減小軸振，也就減小了軸頸對軸瓦的擾動力。建議找有相關精細動平衡的經驗的相關機構來處理。

3.4 減小軸承長徑比

（1）目前大型旋轉機械的長徑比一般為0.5～0.8。制造廠設計的#3軸承的長度為225mm，直徑為280mm，長徑比的設計值為0.8034，這個設計值是偏大的，可以適當減小一些。（2）目前大機組軸瓦的比壓一般為1.2～1.6MPa，而200、300MW發電機軸承的比壓已提高到1.7～1.9MPa。根據軸承比壓等于軸承載荷除以軸承面積，#3軸承的面積等于0.063m2，如果不計聯軸器連接之后汽輪發電機組轉子的重量對#3軸承載荷的影響，則可以假設#3軸承的載荷為發電機轉子自重的一半，即8噸，計算得到正常情況下#3軸承的比壓為1.2444 MPa，這個值應該是偏小的;如果將該發電機軸承的比壓取為1.7MPa，則軸承長度應該為0.165 m，應該將#3軸承長度減小0.06m。如果長度為0.165 m，則長徑比會減小到0.65，大約是大型旋轉機械的長徑比范圍的中間值[8-10]。

4? 現場處理方法

4.1 軸瓦頂隙取下線

#3瓦頂隙取0.35mm，側隙取0.6mm。制造廠設計的#3軸承的單面側隙是0.5～0.6mm，而廠里對#3瓦進行刮瓦之后，#3軸瓦的左側側隙沿著軸向方向是0.7mm和0.45mm，右側側隙沿著軸向方向是0.6和0.75，側隙大一點到可以接受[8]。制造廠設計的#4軸承，為圓柱瓦，要求頂隙0.7-1千分之，它的頂隙是0.42～0.56mm，而廠里對#4瓦進行刮瓦之后，#4軸瓦的頂隙沿著軸向方向分布是0.43mm和0.45mm，比設計值稍微大了一些，建議#4軸承的頂隙也取頂隙范圍的較小值。按照制造廠標準計算#4軸承的側隙為0.2～0.28mm。

4.2 提高潤滑油溫度

由原來的37℃調到42℃，提高了5℃。

4.3 減少軸徑接觸角

軸徑與軸瓦接觸由原來的60°調整到45°。

5? 處理結果

處理完啟動振動正常，運行至今沒有在發生過油膜振蕩。修前#3瓦穩定性差，修后從頻譜圖上沒有出現軸瓦穩定性不好的半頻譜。

6? 結論

（1）出現油膜振蕩的主要原因是軸瓦穩定性差，半頻突然增高并具有傳遞性，由一個瓦振動迅速的擴展到其他瓦振動都達到跳機值，跳機。

（2）由于機組沖轉暖機時間不足、機組膨脹不均勻、上下缸溫差大、動靜碰磨、進氣不平衡;這種不平衡力使軸徑在軸承內擾動過大，易產生油膜失穩故障。

（3）軸瓦出現穩定性故障時，不好并不可怕，只要找到主要原因，從幾個方面處理，包括：減少接觸角、減少頂部間隙、增大比壓、降低基頻、加大負荷、提高潤滑油溫，軸瓦穩定性還是在現場可以解決的。

參考文獻

[1] 施維新.汽輪發電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2] 郭延秋.大型火電機組檢修實用技術叢書：汽輪機分冊[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3] 曲慶文，馬浩，柴山.油膜振蕩的特征及判別方法[J]. 機械科學與技術，2000，19（1）：91-93.

[4] 余占江，張雷，楊建橋，等.汽輪發電機軸承振動超標原因分析及解決措施[J].電力安全技術，2018，20（9）：24-28.

[5] 王高峰.汽輪發電機振動異常診斷及處理[J].能源技術與管理，2017，42（5）：127-129.

[6] 唐貴基，向玲，朱永利.基于HHT的旋轉機械油膜渦動和油膜振蕩故障特征分析[J].中國電機工程學報，2008， 28（2）：77-81.

[7] 馬運翔，楊建剛.某發電機組出現的多種復雜振動故障診斷與處理[J].汽輪機技術，2013，55（3）：222-224.

[8] 崔亞輝，張俊杰，趙宗彬，等.抽汽式機組油膜振蕩的產生機理及處理措施[J].華北電力技術，2012（11）：42-46.

[9] 張煜.汽輪發電機組油膜失穩故障分析及診斷方法研究[D].華北電力大學，2012.

[10]隆濤.計入熱作用的微造型軸承及脂潤滑軸承摩擦學性能研究[D].重慶大學，2015.