淺談一起透平機油膜渦動/振蕩現象處理

高輝明

摘要：敘述了一起透平機油膜渦動/振蕩現象發生后，從其機組前后變化進行原因排查分析，到確定為油膜渦動/振蕩現象。再通過油膜渦動/振蕩發生的可能原因去查找引起透平機出現該現象的原因，最后成功處理了一起因檢修不當引起的透平機油膜渦動/振蕩問題。

關鍵詞：透平機;油膜渦動;油膜振蕩

福建泉州閩光鋼鐵有限責任公司現有一臺軸流干式GT60-D*2 TRT機組，2020年10月，機組在運行中發電機后軸瓦產生一種周期振動現象，該振動現象振動趨勢圖呈規律波狀，振動周期在7-8分鐘之間，初發生時，振幅從上午逐漸增加，到下午15：30左右達到最大值，22：00左右，振幅逐漸回落，到凌晨時振幅趨于平穩，每日重復出現。

1、TRT發電機組近期運行概況

該機組于2020年3月份進行機組本體檢修，對透平機兩側密封碳環進行更換。檢修后由于密封碳環更換時磨合不到位，大量碳粉將氮氣密封排污管堵住，并沿著主軸進入潤滑油系統，導致潤滑油與碳粉混合，顆粒度超過12級。2020年10月份，發電機后軸瓦溫度異常升高，停機檢修發現發電機后軸瓦表面粘有大量碳粉，進行刮瓦清理后，維修人員為確保軸瓦潤滑油流量，將發電機后軸瓦潤滑油的節流孔板孔徑由φ8擴大至φ13，透平機重新投運后，振動及溫度均正常。后對TRT潤滑油進行外循環過濾，約20天后，潤滑油顆粒度降低至8級，同時運行人員上報TRT發電機后軸瓦出現異常周期振動現象。

2、異常振動形成原因分析

TRT發電機組投運至今已有10年，振動一直良好，故重點對機組異常振動出現前后運行情況進行分析：

（1）該振動現象與氣候變化相關，且在潤滑油顆粒度降低后出現，即影響因素1--潤滑油性能;

（2）該振動現象出現前20天，曾對該軸瓦進行檢修維護，即影響因素2--近期軸瓦檢修不當。

（3）軸流干式GT60-D*2 TRT機組發電機后軸瓦為滑動軸瓦，在滑動軸承上常見一種油膜渦動/振蕩現象，即影響因素3--油膜渦動/振蕩。

3、異常振動問題處理

3.1 影響因素1--潤滑油性能變化排查：

（1）潤滑油溫：機組出現周期振動時潤滑油油溫約在32℃，通過運行調整潤滑油油溫，在提高潤滑油溫度時，機組周期振動情況仍然存在，且振幅上升，反之在降低潤滑油溫1-2℃時，機組周期振動情況趨于消失。

（2）潤滑油量：后續處理過程中兩次分別將發電機后軸瓦潤滑油節流孔板孔徑由φ13調整為φ10，由φ10恢復為設計值φ8，發電機后軸瓦周期振動情況依然存在，且振幅、周期均無變化。

綜上，潤滑油性能變化不是該異常振動現象形成的主要原因，但該異常振動受潤滑油性能變化影響。后期變化中顆粒度進一步降低導致降低潤滑油溫度也無法消除該振動現象，而顆粒度降低與油溫降低的共同特點是影響潤滑油粘度，故該振動現象受潤滑油粘度影響。

3.2、影響因素2--軸瓦檢修不當排查

該機組自2020年3月份由專業人員修護后一直穩定運行至10月份，由自廠維護人員對發電機后軸瓦溫度高問題進行處理，10月份主要對發電機軸瓦進行刮瓦處理、加大發電機后軸瓦潤滑油節流孔板孔徑。檢修后，設備保持穩定運行。20天后發電機后軸瓦出現該異常振動現象。異常振動出現后，懷疑為檢修原因引起，多次測量發電機后軸瓦瓦塊與軸頸直徑間隙，均在設計值0.30～0.40mm之間，檢查軸頸與軸瓦接觸情況，符合全長上均勻接觸。

3.3、影響因素3--油膜渦動/振蕩現象排查

經了解，在滑動軸承為支撐的轉子系統常見的一種油膜失穩現象--油膜渦動，它是轉軸在油潤滑滑動軸承中發生的一種自激振動，該現象存在以下特點：①、油膜渦動的特征頻率為略小于轉子轉速的1/2，并隨轉速的升高而升高;②、振動較穩定，次諧波振幅隨工作轉速的升高而升高;③、對軸承潤滑油的溫度、粘度和壓力變化敏感。而油膜振蕩是由油膜渦動發展而成，即當轉子轉速大于等于兩倍第一臨界轉速時，渦動頻率與轉子固有頻率重合，使轉子一軸承系統發成共振性振蕩而引起，此外油膜振蕩形成還與潤滑油粘度、軸瓦間隙相關。

TRT發電機組轉子原來的一階臨界轉速約在1800r/min，可以避開油膜渦動及振蕩現象。近幾年來，由于兩次對透平機轉子進行返廠檢修，導致轉子的臨界轉速遷移，轉子的一階臨界轉速由1800r/min遷移至1300～1400r/min，而轉子額定運行轉速在3000r/min，即運行中轉速高于兩倍一階臨界轉速，達成油膜振蕩形成的前提條件。觀察該軸承的振動趨勢圖明顯呈規律波狀圖，符合共振曲線特性。此外TRT發電機后軸瓦周期振動現象明顯受到潤滑油粘度影響。故，TRT發電機后軸瓦周期振動現象符合油膜渦動振蕩現象。而常見產生油膜渦動振蕩的原因有：

①設計及制造原因：軸承參數設計不合理;軸承制造不符合技術要求;

②安裝維修：軸承間隙不符合要求、軸瓦參數不當;軸承殼體配合過盈不足;

③操作運行：油溫或油壓不當、潤滑不良;

④狀態劣化：軸承磨損，疲勞損壞。腐蝕。氣蝕等;

泉州閩光鋼鐵的透平機已經長期穩定運行10多年，故該油膜振蕩的形成明顯與①、③無關，而是與軸承變化相關，考慮振蕩發生前20天曾對該軸承進行檢修，故再次嚴格按照檢修技術要求對軸瓦安裝進行復查，復查測量發電機后軸瓦間隙分別為：

①瓦塊與軸頸直徑間隙設計值：0.30～0.40mm，實際測量值：0.34mm;

②瓦塊與軸承體把緊后間隙設計值：≤0.02mm，實際測量值：0.2mm。

即檢修人員在軸瓦安裝時未嚴格按照檢修技術要求進行回裝，軸瓦安裝把緊力過大，導致軸瓦與軸承體把緊后間隙達到0.2mm，遠超過安裝要求的≤0.02mm。復查后啟機，發電機后軸瓦周期振動現象消除，且隨意調整油溫，均未再出現該振動現象。

4、結語

福建泉州閩光鋼鐵有限責任公司的軸流干式GT60-D*2 TRT機組發電機后軸瓦周期振動現象屬于軸瓦檢修不當引起的油膜渦動/振蕩現象，而油膜振蕩常見的處理方法有：按技術要求安裝軸承，保證間隙符合技術要求;適當調整油溫;避開油膜共振轉速區等。故為了避免類似現象再次發生，提出以下措施：

①、確保每次檢修嚴格按照檢修技術要求對機組進行復裝;

②、確保機組的一階臨界轉速高于機組1/2額定轉速，該機組因轉子檢修造成的一階臨界轉速低于機組1/2額定轉速，建議進行透平機與發電機機整體的動平衡處理，將臨界轉速恢復至1800r/min左右，從根本上消除油膜振蕩發生的前提條件。

參考文獻：

[1]張新勇、段滋華等. 滑動軸承油膜渦動以油膜振蕩研究. 太原理工大學學報 2008年5月，第39卷第3期.

[2]陳忠民、安樹家. 軸承油膜振蕩的治理[J]. 風機技術，1999（4）：36-41