郭康

摘要：針對(duì)某電廠#4機(jī)組#1軸承運(yùn)行期間出現(xiàn)振動(dòng)波動(dòng)異常問題，該文列舉異?，F(xiàn)象和分析過(guò)程，通過(guò)排除確定該異常因軸承自位能力差引起，繼而通過(guò)排查最終發(fā)現(xiàn)大機(jī)潤(rùn)滑油顆粒度較差。加裝濾油機(jī)持續(xù)濾油合格后，#4機(jī)組#1軸承振動(dòng)恢復(fù)正常，#1軸承振動(dòng)高低負(fù)荷均穩(wěn)定在50μm左右。

關(guān)鍵詞：自位性;顆粒度;機(jī)組振動(dòng);筒形瓦

0? 引言

隨著汽輪機(jī)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，超（超）臨界汽輪發(fā)電機(jī)組已經(jīng)發(fā)展為我國(guó)主力機(jī)組，而且汽輪機(jī)逐漸向大容量、高參數(shù)、多缸發(fā)展。隨著汽輪機(jī)容量的不斷提高，大型汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子也對(duì)其支持軸承穩(wěn)定性提出了更高的要求。現(xiàn)今大機(jī)組支持軸承通常采用可傾瓦、筒形瓦、橢圓瓦等結(jié)構(gòu)，各類瓦也各有利弊，可傾瓦的瓦塊較小，自位性強(qiáng)，穩(wěn)定性也好，但載荷一般相對(duì)較小;而筒形瓦和橢圓瓦一般通過(guò)下瓦背部的軸瓦墊塊來(lái)承力，軸瓦墊塊與軸承座通過(guò)球面結(jié)合，軸瓦通過(guò)其相對(duì)滑動(dòng)而達(dá)到自位的目的，該類軸承的自位能力相對(duì)可傾瓦差，但勝在穩(wěn)定性好、荷重大。各類瓦塊的自位能力影響因素較多，通常與軸承的加工及安裝、潤(rùn)滑油系統(tǒng)清潔度、轉(zhuǎn)子重量引起軸承座變形、凝汽器真空引起軸承座變形、低壓缸溫度變化引起缸體變形等有關(guān)[1]。

該文以某電廠#4機(jī)組#1軸承運(yùn)行期間軸承振動(dòng)大現(xiàn)象著手，通過(guò)調(diào)取參數(shù)對(duì)比、查找規(guī)律并分析，確定出振動(dòng)大原因。并根據(jù)該原因進(jìn)行源頭排查，最終解決困擾現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組振動(dòng)大的異常。

1? 基本現(xiàn)象

1.1 基本情況

某公司#4機(jī)組為660MW超超臨界二次再熱機(jī)組，單軸、雙背壓、五缸四排汽凝汽式機(jī)組，其#1瓦為筒形瓦結(jié)構(gòu)。#4機(jī)運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，#1軸承相對(duì)振動(dòng)較大（129μm左右），振動(dòng)隨負(fù)荷上升而上升，但一般至400-450MW負(fù)荷左右時(shí)，振動(dòng)突降至55μm左右。就地TDM監(jiān)測(cè)系統(tǒng)調(diào)查歷時(shí)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，#1瓦基頻分量大，高倍頻分量及低倍頻分量均小忽略不計(jì)，軸心軌跡圖高低負(fù)荷軌跡均明顯偏離正常曲線。

1.2 曲線對(duì)比

①2019年12月29日 13：12左右曲線（紅色為#1軸承振動(dòng)），振動(dòng)最大至95μm左右（圖1）;

②2020年01月27日 05：30左右連續(xù)加負(fù)荷期間曲線。曲線中#1瓦最大129.3μm，#2瓦振動(dòng)最大至102.8μm（圖2）;

③2020年02月02日 16：57左右負(fù)荷在450MW附近波動(dòng)期間曲線，曲線中#1瓦振動(dòng)擺動(dòng)較大（圖3）。

通過(guò)以上曲線，可大致判斷#1瓦振動(dòng)較大，且隨時(shí)間推移振動(dòng)趨勢(shì)越差。振動(dòng)隨負(fù)荷明顯有上升趨勢(shì)，但在加負(fù)荷至400-450MW后，振動(dòng)明顯好轉(zhuǎn)，甚至表現(xiàn)出突降趨勢(shì)。

1.3 軸心軌跡圖

圖4左側(cè)為高負(fù)荷#1軸承振動(dòng)較小期間軸心軌跡圖，軸心軌跡顯示圖形不規(guī)則，局部呈現(xiàn)8字形狀，且軌跡重復(fù)性較差，無(wú)鋸齒狀棱角，頻譜顯示主要為1倍頻分量，無(wú)半倍頻分量，高倍頻分量較小忽略不計(jì);圖4右側(cè)為低負(fù)荷#1軸承振動(dòng)較大期間軸心軌跡圖，軌跡圖呈現(xiàn)扁平狀不規(guī)則香蕉樣式曲線，軌跡重復(fù)性較高負(fù)荷稍好，無(wú)鋸齒狀棱角，頻譜顯示主要為1倍頻分量，無(wú)半倍頻分量，高倍頻分量較小忽略不計(jì)。

2? 原因分析

因#1軸承大振動(dòng)發(fā)生在機(jī)組正常運(yùn)行期間，#1軸承處潤(rùn)滑油壓正常，振動(dòng)逐步變差。因此針對(duì)#1瓦軸承振動(dòng)大，主要討論以下幾種可能原因：汽流激振、近期軸封系統(tǒng)異動(dòng)、軸瓦碰磨、油膜振蕩、軸瓦自位性差。

2.1 汽流激振

因近期有修改滑壓曲線邏輯異動(dòng)，因此在分析振動(dòng)大前期重點(diǎn)考慮此可能。#4機(jī)為提高機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)停機(jī)前試驗(yàn)修改機(jī)組滑壓曲線。修改后低負(fù)荷壓力較以前低，因此本次開機(jī)后出現(xiàn)同負(fù)荷調(diào)門較以前開度大，主汽流量稍大，補(bǔ)汽閥動(dòng)作頻繁現(xiàn)象。相同負(fù)荷主汽流量發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子在#1瓦中位置可能發(fā)生變化，有導(dǎo)致振動(dòng)大的可能[4]。汽流激振一般具有以下特點(diǎn)：①具有明顯低倍頻分量，但低頻成分是否出現(xiàn)與軸承的阻尼以及油膜是否有附加激振作用有關(guān);②振動(dòng)與負(fù)荷密切相關(guān)，且存在“門檻”負(fù)荷，振動(dòng)最大一般最高負(fù)荷或接近最高負(fù)荷;③低負(fù)荷一般不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)大情形;④軸心軌跡圖一般為圓形或接近圓形;⑤具有良好的負(fù)荷再現(xiàn)性[3]。

根據(jù)以上特點(diǎn)，本次#1軸承振動(dòng)與負(fù)荷有關(guān)聯(lián)，振動(dòng)450MW以上后明顯下降，且具有良好的負(fù)荷再現(xiàn)性。但根據(jù)軸心軌跡圖可以發(fā)現(xiàn)，#1軸承未發(fā)現(xiàn)較大低頻分量，軸心軌跡圖不規(guī)則，且低負(fù)荷#1軸承仍存在振動(dòng)大情況。另外，通過(guò)圖1可以發(fā)現(xiàn)，在修改滑壓曲線前，#1瓦振動(dòng)也有類似異常情況，只是程度較輕，因此考慮排除汽流激振可能。

2.2 近期軸封系統(tǒng)異動(dòng)

近期為解決軸封電解熱長(zhǎng)期頻繁大電流啟停隱患，將#4機(jī)二次冷再至輔汽聯(lián)箱減溫器后溫度提高至385℃，同時(shí)內(nèi)部邏輯強(qiáng)制軸封供汽調(diào)閥開度最小為15%開度，確保軸封系統(tǒng)通汽且維持輔汽聯(lián)箱溫度，實(shí)現(xiàn)了軸封電加熱少啟動(dòng)。

本次開機(jī)軸封供汽調(diào)閥最小開度有異動(dòng)，且最小調(diào)閥最小開度修改后發(fā)現(xiàn)了振動(dòng)大，時(shí)間上存在連貫性，同時(shí)軸封系統(tǒng)異動(dòng)與主機(jī)存在合理邏輯性，因此強(qiáng)制軸封供汽調(diào)門至15%開度導(dǎo)致振動(dòng)大存在可能。通過(guò)表1對(duì)比分析如下：

通過(guò)表1前三欄可以發(fā)現(xiàn)，停機(jī)前、開機(jī)后、開機(jī)后軸封供汽調(diào)閥低限改至5%后，軸承振動(dòng)最大均為450MW左右，且在該負(fù)荷后振動(dòng)呈現(xiàn)緩慢或突變向下趨勢(shì)，具體趨勢(shì)見圖1至圖3。

另外通過(guò)表1發(fā)現(xiàn)軸封供汽調(diào)閥限15%期間，#1軸承振動(dòng)最大，似乎可以判斷軸封供汽調(diào)閥低限對(duì)#1軸承振動(dòng)產(chǎn)生影響。因此調(diào)取參數(shù)列入第四、第五欄，發(fā)現(xiàn)負(fù)荷相同時(shí)，軸封供汽低限分別為15%和5%，#1軸承振動(dòng)均達(dá)到了129μm，因此可以判斷軸封供汽調(diào)閥低限改至15%不是導(dǎo)致#1軸承振動(dòng)大的根本原因，這從本次調(diào)停前#1軸承振動(dòng)也一直偏大可以佐證。

2.3 軸瓦碰磨

軸瓦碰磨一般具有以下特點(diǎn)：①就地能聽到異音;②軸承溫度有上升趨勢(shì);③據(jù)碰磨類型不同，頻譜特征較豐富，低倍頻、單倍頻、多倍頻均有可能;④若為整周碰磨故障，軸心軌跡呈圓形或橢圓形，且比較紊亂;⑤若為單點(diǎn)局部碰磨故障，軸心軌跡呈內(nèi)“8字形”;⑥若為多點(diǎn)局部碰磨故障，軸心軌跡呈現(xiàn)明顯鋸齒狀棱角[5]。

#1軸承振動(dòng)大期間，就地未發(fā)現(xiàn)明顯摩擦異音，且DCS上#1軸承振動(dòng)大期間軸承溫度無(wú)明顯變化。另外，圖4高低負(fù)荷軸心軌跡圖不規(guī)則且無(wú)鋸齒狀棱角，因此#1軸承振動(dòng)不考慮軸瓦碰磨情形。

2.4 軸承自位性差

軸承自位性差一般具有以下特點(diǎn)：①軸承振動(dòng)隨軸承受力變化而變化，受力變大到一定值后自位能力恢復(fù);②軸承振動(dòng)可能存在突升突降現(xiàn)象;③軸承振動(dòng)大期間振動(dòng)頻譜、軸心軌跡表現(xiàn)為軸承不對(duì)中特征;④軸承振動(dòng)以徑向基頻振動(dòng)為主，振動(dòng)大期間可能出現(xiàn)2倍頻振動(dòng)分量;⑤振動(dòng)大期間，軸心軌跡表現(xiàn)為“月牙形”或“香蕉形”。

#1軸承為筒形瓦，相比可傾瓦自位性要差，#4機(jī)組#1軸承振動(dòng)400-450MW以上振動(dòng)下降，高負(fù)荷時(shí)候振動(dòng)較好，低負(fù)荷振動(dòng)上升，且存在突升突降情況，軸承振動(dòng)主要為基頻振動(dòng)，軸心軌跡表現(xiàn)為近似“香蕉形”，符合軸瓦自位特點(diǎn)。

#1軸承運(yùn)行中不能很好自位時(shí)，軸在瓦中受力不一致，產(chǎn)生不平衡導(dǎo)致軸心位置發(fā)生變化引起振動(dòng)大，當(dāng)負(fù)荷升至一定值后，因#1瓦受不同負(fù)荷進(jìn)汽影響，加之振動(dòng)大對(duì)軸承自位的有利因素，#1軸承受力克服摩擦阻力可能會(huì)導(dǎo)致瓦瞬間或緩慢自位，使振動(dòng)恢復(fù)正常。

3? 問題解決

根據(jù)軸承自位原理，瓦體與瓦套的球面配合力矩M（M=F·μ·r）與軸承瓦體受力、球面接觸摩擦因素μ和球面半徑r成正比[2]。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，球面半徑不會(huì)有變化，解決軸承自位差只能從軸承瓦體受力和球面摩擦因素著手。瓦體受力方面，因滑壓曲線近期調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)節(jié)滑壓偏置恢復(fù)之前壓力參數(shù)試驗(yàn)，振動(dòng)趨勢(shì)無(wú)太大變化。球面摩擦方面，振動(dòng)出現(xiàn)異常后立即著手化驗(yàn)大機(jī)潤(rùn)滑油清潔度，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油顆粒度超標(biāo)，化驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示12級(jí)。因前期大機(jī)潤(rùn)滑油自帶濾油機(jī)一直連續(xù)投運(yùn)中，立即加裝臨時(shí)濾油機(jī)濾油，并檢查處理大機(jī)潤(rùn)滑油自帶濾油機(jī)問題。通過(guò)連續(xù)濾油，#4機(jī)#1軸承振動(dòng)逐漸恢復(fù)正常，通過(guò)40-100%負(fù)荷連續(xù)多次觀察，#1軸承振動(dòng)穩(wěn)定在50μm左右，機(jī)組#1軸承振動(dòng)問題解決。

4? 結(jié)束語(yǔ)

軸承振動(dòng)大的影響因素很多，軸承自位能力差只是其中一項(xiàng)。該文結(jié)合筒形瓦的自身特點(diǎn)對(duì)#1軸承振動(dòng)大進(jìn)行原因分析，探討軸承自位的原理和自位能力差特征，找出潤(rùn)滑油顆粒度差事實(shí)并可能伴有滑壓曲線修改帶來(lái)的軸承自位不利因素，最終解決#1軸承不能很好的自位致振動(dòng)大問題。

參考文獻(xiàn)：

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