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　　摘　要：對汽輪發(fā)電機(jī)組軸承油膜振蕩的治理方法進(jìn)行了試驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：現(xiàn)場對軸承下瓦開軸向槽，能使軸承失穩(wěn)轉(zhuǎn)速提高而保證溫升增加不多，且工藝簡單易行，比現(xiàn)場調(diào)整軸承載荷的方法更能取得振動治本的效果。
　　關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)組；油膜振蕩；軸瓦開槽
　　SS熱電廠NO.7汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)（背壓式）和發(fā)電機(jī)型號分別為B25-90/10-1和QF2-25-3，北京重型電機(jī)廠制造，1986年投產(chǎn)。機(jī)組于1993年、1995年和1999年3次發(fā)生油膜振蕩，引起發(fā)電機(jī)后軸承及整個軸系強(qiáng)烈振動，改變運(yùn)行參數(shù)一般不能抑制振動。機(jī)組前兩次發(fā)生油膜振蕩時，停機(jī)檢修主要是采取逐步增大軸承載荷，每次使振動恢復(fù)正常均要經(jīng)過兩次以上的檢修反復(fù)，經(jīng)濟(jì)損失可觀。
　　目前，國內(nèi)與本機(jī)組同型的在役機(jī)組有20多臺，據(jù)制造廠反映無一例發(fā)生過油膜振蕩。從歷史經(jīng)驗(yàn)看，適當(dāng)增大軸承載荷可以在一段時間內(nèi)消除油膜振蕩。如1995年曾兩次嘗試調(diào)整軸承載荷：次將4號軸承標(biāo)高抬高0.05mm、頂隙減小為1.6‰D、接觸角減小為55°，不能抑制油膜振蕩；而第二次將4號軸承標(biāo)高抬高0.5mm、將發(fā)電機(jī)對輪中心比原始抬高0.19mm，油膜振蕩一時得到控制，直至機(jī)組順利運(yùn)行了4年。
　　實(shí)踐證明，僅靠增大軸承載荷不能保證機(jī)組在下次檢修后油膜振蕩不再發(fā)生，而及時換用穩(wěn)定性更好的軸承，對現(xiàn)場往往不很實(shí)際。因此，當(dāng)油膜振蕩在1999年8月、機(jī)組小修后啟動再度出現(xiàn)后，對發(fā)電機(jī)后軸承采取了下瓦開槽和抬高安裝標(biāo)高的綜合措施，提高了軸承穩(wěn)定性，消除了油膜振蕩。帶大負(fù)荷運(yùn)行時各軸承座振動（以下簡稱瓦振）均小于30μｍ。
　　本文針對所試驗(yàn)的機(jī)組1999年接連出現(xiàn)油膜振蕩的問題，介紹了軸系載荷的調(diào)整措施，重點(diǎn)闡述了現(xiàn)場對軸承下瓦開軸向槽、從治本上消除油膜振蕩的途徑。
　　1　機(jī)組油膜振蕩的現(xiàn)象特征及原因分析
　　本機(jī)組汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的前、后支撐軸承編號依次為1-4號軸承，勵磁機(jī)只有一個支撐軸承。發(fā)電機(jī) 3、4號軸承為4墊塊、固定式圓柱軸承，其中4號軸承直徑D=240mm，寬度L=240mm，設(shè)計(jì)比壓Pm=1.15MPa，采用32號汽輪機(jī)潤滑油。4號軸承為水平中分面兩側(cè)進(jìn)油，一部分油在軸頸與上瓦內(nèi)表面中間的寬度為120mm的環(huán)向油槽之間經(jīng)過，冷卻軸頸，并使油流易于向兩側(cè)擴(kuò)散至整個軸瓦表面；另一部分油在軸頸與下瓦之間經(jīng)過后向軸瓦兩側(cè)泄出。
　　1.1 振動現(xiàn)象與特征 
　　1999年7月28日至8月4日，機(jī)組進(jìn)行了一次小修。與振動有關(guān)的檢修工作只有：為核準(zhǔn)軸向位移發(fā)生器零位撬動過4號軸承前轉(zhuǎn)子上的臺肩，處理了4號軸承油檔漏油問題，調(diào)整了5號軸承緊力，對冷油器清洗后重新濾油。軸系中心數(shù)據(jù)未作調(diào)整。機(jī)組啟動后，8月6日4號軸承次發(fā)生強(qiáng)烈振動，水平瓦振超過170μｍ，是時運(yùn)行工況為有功12.5MW、無功18MVar、潤滑油溫度39.7℃。運(yùn)行人員將有功降到10.3MW、無功降到10MVar、潤滑油溫度升到44.4℃，大幅振動消失。而將有功升到10.6MW時，振動再次出現(xiàn)，以后不論怎樣調(diào)整運(yùn)行工況都不能控制振動，機(jī)組被迫停機(jī)檢查。
　　停機(jī)對4號軸承作了翻瓦檢查，將軸瓦前后不均勻的頂隙0.43-0.56mm減小為0.43mm，瓦蓋緊力適當(dāng)增加。8月13日再次開機(jī)，機(jī)組啟動過程中振動尚好，但次日帶負(fù)荷運(yùn)行中再次出現(xiàn)了劇烈的振動。如在有功15.9MW和較高的潤滑油溫度41.7℃時，4號水平瓦振達(dá)到153 μm。經(jīng)數(shù)小時工況調(diào)整，降低振動無效果，機(jī)組不得不再次停機(jī)檢查、檢修。
　　第二次發(fā)生振動時，電廠采用隨機(jī)配備的振動監(jiān)測在線系統(tǒng)獲得了部分有意義的振動數(shù)據(jù)。由于4號軸承軸振測點(diǎn)損壞，從臨近軸承振動和4號垂直瓦振故障信息中，分析了振動原因。表1是在線系統(tǒng)采集的列表數(shù)據(jù)，半頻分量振動占通頻振動比例較高，而高頻分量較小。表2是現(xiàn)場測得的瓦振數(shù)據(jù)。圖1是在線系統(tǒng)給出的2X、3X軸振的三維譜圖，低頻振動中心頻率約為22.8Hz，尤其在3X軸振三維譜圖上22.8Hz低頻振動分量已超過其基頻振動值。 　　2.2 振動原因分析
　　2.2.1 運(yùn)行中軸承載荷降低引起油膜振蕩
　　經(jīng)查實(shí)，本機(jī)組歷史上三個年份發(fā)生油膜振蕩的季節(jié)，均是7-8月間的高溫季節(jié)。從振動的幅值分析，4號軸承是油膜振蕩發(fā)起部位并波及整個軸系。其實(shí)質(zhì)是運(yùn)行中4號軸承載荷發(fā)生了較大降低，而直接原因或外因是2、3號軸承箱的溫度過高。從本機(jī)組的軸系結(jié)構(gòu)分析，2、3號軸承共用一個軸承箱，每到炎熱季節(jié)，由于對輪的鼓風(fēng)生熱和汽機(jī)軸封蒸汽泄漏，軸承箱較細(xì)的排氣管排不及箱體內(nèi)的熱量和油煙，軸承箱的外表溫度一般高達(dá)60℃以上， 2、3號軸承因熱影響標(biāo)高升高，導(dǎo)致4號軸承載荷減輕，容易發(fā)生失穩(wěn)。
　　2.2.2 4號軸承抗失穩(wěn)能力較弱
　　4號軸承為上瓦開周向槽的圓柱軸承，槽寬比為50％，軸承預(yù)載荷降低，本身抗失穩(wěn)能力較弱，這是4號瓦每次首先發(fā)生油膜振蕩的內(nèi)因。
　　3　機(jī)組油膜振蕩治理措施研究
　　據(jù)前述分析，要從提高4號軸承穩(wěn)定性方面入手，治理機(jī)組油膜振蕩。
　　3.1 調(diào)整軸系中心及軸承載荷
　　調(diào)整軸系中心增大軸承載荷抑制油膜振蕩，是現(xiàn)場Z常見的作法。從理論上講，提高軸承承載能力系數(shù)，將增大軸承偏心率，提高失穩(wěn)轉(zhuǎn)速。對4號軸承初步計(jì)算表明^[1]，當(dāng)承載能力系數(shù)由0.76變到1.15，偏心率由0.25變到0.50，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速增大約8% 。
　　本次軸系調(diào)整，將3、4和5號軸承標(biāo)高分別抬高0.12mm、0.50mm和0.92mm，汽輪機(jī)軸承不動，形成發(fā)電機(jī)比汽輪機(jī)對輪中心高約0.1mm（低發(fā)對輪錯位值規(guī)范為≤0.02mm），3、4號軸承載荷有不同程度增加。 
　　3.2 軸承下瓦開軸向槽
　　3.2.1 開槽方案的擬定
　　在不更換軸承的前提下，現(xiàn)場適當(dāng)改變軸瓦結(jié)構(gòu)、提高軸承的抗失穩(wěn)能力有多種方法，常見的有：（1）調(diào)整軸瓦間隙，如減小頂隙、加大側(cè)隙、擴(kuò)大油楔深度、擴(kuò)大阻油邊間隙；（2）減小軸瓦長徑比，如阻油邊內(nèi)移、截短軸瓦，在軸瓦上開設(shè)溝槽、加油壩等。其實(shí)質(zhì)是增大軸承的相對偏心率和降低潤滑油在軸承中的周向平均流速。
　　由于4號軸承供油結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，沒有采用Z初提出的將阻油邊內(nèi)移的方案，而Z終采取在4號軸承下瓦寬度中間、周向相隔56°位置、對稱地開設(shè)了兩個軸向槽，槽的尺寸：長×寬×深=40×25×1.8（mm）。由于這一作法在汽輪發(fā)電機(jī)組軸承故障的現(xiàn)場處理中報(bào)道較少，本次選取的開槽部位及槽尺寸，出于對瓦溫不利影響的考慮，偏于保守。
　　3.2.2 開槽方案計(jì)算分析
　　用有限元法計(jì)算了4號軸承下瓦開軸向槽后，壓力分布和失穩(wěn)轉(zhuǎn)速的變化。
　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量13500kg，計(jì)算中軸承載荷按平分轉(zhuǎn)子重量考慮，軸瓦間隙取實(shí)際值。圖2給出了下瓦開軸向槽后軸承寬度中心的壓力分布。計(jì)算表明：（1）軸承下瓦開軸向槽后，軸向槽部位
將基本建立不起動壓，使軸承承載力降低，Z小油膜厚度減小，而偏心率和油膜剛度增加。（2）軸向槽還會使?jié)櫥椭芟蛄鲃悠骄俣冉档?。這兩個有利因素將使軸承的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速提高。通過對失穩(wěn)轉(zhuǎn)速進(jìn)行搜索計(jì)算，軸承失穩(wěn)轉(zhuǎn)速大于4000r/min。（3）4號軸承下瓦開軸向槽后，由于上瓦周向槽的存在，計(jì)算溫升只增加2-3℃。 　　3.3 軸承其它增穩(wěn)措施
　　檢修還將4號軸承頂隙和單邊側(cè)隙分別調(diào)整為0.35mm和0.25mm，使軸瓦由圓柱瓦變?yōu)橛?.3的橢圓度，但由于上瓦環(huán)向油槽的存在和根據(jù)前兩次的處理效果，此措施只會起輔助性作用。
　　4　效果驗(yàn)證
　　1999年8月22日上述措施實(shí)施后機(jī)組啟動，檢測發(fā)電機(jī)軸承升速振動，確定發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速為1350-1400r/min。顯然，與8月14日4號軸承發(fā)生油膜振蕩的故障頻率一致。機(jī)組整個升速和帶負(fù)荷過程中，4號軸承及其它軸承低頻分量振動消失，經(jīng)過一個多月帶大負(fù)荷觀察，4號軸承水平瓦振穩(wěn)定在30μm以下，其它軸承振動也有改善，4號軸承及其它軸承回油溫度正常，見表3數(shù)據(jù)。 　　4號軸承在下瓦開槽和抬高標(biāo)高后，其軸承回油溫度升高小于3 ℃，離報(bào)警溫度還有較大的富余，故更好地根除油膜振蕩，還可以將4號軸承下瓦的軸向槽適當(dāng)加長、加寬和更接近接觸區(qū)。
　　5　結(jié)束語
　?。?）對于頻發(fā)油膜振蕩的機(jī)組，現(xiàn)場僅進(jìn)行軸承載荷調(diào)整難以避免油膜振蕩重演，而結(jié)合軸承結(jié)構(gòu)改造可取得滿意效果、勿需更換軸承。 
　　（2）在軸承下瓦開軸向槽，可同時起到增大軸承相對偏心率和降低潤滑油周向流動平均速度的作用，從而提高軸承的抗失穩(wěn)能力，軸承金屬溫度升高很小。
　?。?）在所討論的機(jī)組上至少有兩次現(xiàn)場試驗(yàn)說明，對于上瓦具有寬環(huán)向油槽的圓柱軸承，僅改變軸承的橢圓度，對抑制油膜振蕩效果不甚顯著。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1] 朱均，虞烈，龔漢聲等.汽輪機(jī)徑向滑動軸承性能計(jì)算（JB/Z 209-84）. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1986.
　　[2] Cameron，A. The Principles of Lubrication.  Longmans Green & Co.，1966.