第五节 轴瓦紧力丧失

第五节轴瓦紧力丧失

轴瓦紧力丧失，在运行的机组上时有发生。这种故障一般认为是由于检修工艺不当引起的，不会给机组的安全带来直接的危害。但有些机组的轴瓦紧力不但频繁地丧失，而且还会引轴瓦振动增大，产生很大的噪声。本节将具体讨论产生这种故障的原因及机理。

轴瓦紧力在机组检修、安装和消振中一直是人们关注的一个问题，为此，下面还将对轴瓦紧力的功能及与振动的关系，作简要的讨论。

5.5.1 轴瓦紧力功能及其与振动的关系

机组发生振动时目前不少地方往往首先怀疑和检查轴瓦紧力。这一现象一方面受传统做法的影响；另一方面直至目前还有不少资料指出，轴瓦紧力不足或称轴瓦松动是机组振动故障之一。

所谓轴瓦紧力是指瓦枕或瓦盖施加在轴瓦上的预紧力，一般以瓦枕或瓦盖变形量表示。

轴瓦座落在洼窝内所以需要紧力有其历史原因，因为早期转子平衡技术极为落后，机组振动普遍较大，许多机组作用在轴瓦上的激振力已超过该瓦的静载荷，为了保证运行状态下轴瓦在洼窝内具有良好的稳固性和不发生松动、撞击，在安装和栓修时不但要求轴瓦与洼窝之间接触良好，而且要求洼窝对上瓦施加一定的预紧力，使轴瓦与瓦枕或瓦盖形成整体。

随着转子平衡技术的发展，运行机组运行机组日趋良好，作用在轴瓦上的激振力已远远小于该瓦的静载荷，因而在运行状态下轴瓦在洼窝内已不能发生跳动和撞击。所以目前大机组的球面轴瓦在运行状态下，为了保证适应转子挠曲，使轴颈和轴瓦倾斜接触的需要，轴瓦在洼窝内应能自由调整，所以轴瓦在洼窝内不但要求紧力，而且应留有0.05-0.08mm的间隙。这个间隙值一方面是满足球面轴瓦自由活动的需要；另一方面已考虑到机组发生大振动时，激振力大于轴瓦静载荷，轴瓦在洼窝内不会发生大的冲击。

若从轴瓦、转轴振动分析轴瓦紧力，显然不论激振力是否超过该瓦的静载荷，当预紧力是由瓦盖直接施加在轴瓦上时，则有紧力者，轴瓦振动能直接传至瓦盖上，测量轴瓦盖振动时，其振幅值要比无紧力时要大；如果紧力由瓦枕施加在轴瓦上，而且瓦枕与瓦盖不直接接触，则测量轴瓦盖振动时，有紧力和无紧力的振幅值不会有明显差别。

如果测量的是转轴相对振动。而且传感器的支架安装在瓦盖上，当激振力大于或等于该瓦静载荷时，无紧力时相对振动要比有紧力时大得多，无紧力时转轴相对振动等于轴颈相对于轴瓦和轴瓦相对于洼窝两者振幅矢量叠加；当激振力小于该静载荷时，有紧力和无紧力转轴相对于振动无大于差别。上述现象已为几台机组实测结果所证明。

这里应指出，下瓦在洼窝内的稳固性（上下、左右）对转轴相对振动幅值影响较大，因此下瓦在洼窝内接触状况和支承垫块用的调整垫片的平整性和密实性，在检修和安装中应达到规范要求。

综合以上所述，轴瓦紧力在当时条件下是需要的，在今天转子平衡技术条件下，轴瓦有无紧力对轴承座振动和转轴相对振动都无明显的影响。

5.5.2 轴瓦紧力频繁丧失原因及机理

轴瓦紧力偶然的1-2次消失，一般是由检修工艺不当引起的。如果机组某几个轴瓦紧力每次检查总是消失，而且轴瓦垫块和洼窝接触处产生明显撞击痕迹，严重的引起金属表面疲劳剥落，若不及时检查和增加紧力，这些轴瓦振动会增大，并产生很大的噪声，这种现象大都发生在大机组的汽轮机高压转子的轴瓦上。

通过现场实测和分析，已经查明轴瓦紧力频繁丧失的原因有两个，一是转轴振动过大；二是轴瓦垫块面积太小。引起振动和噪声增大的原因是轴瓦系统发生共振。下面作进一步分析和讨论。

5.5.2.1转轴相对振动过大

上述已经指出，由于汽轮机高压转子质量小，支承动刚度相对较高，因此在较大的激振力作用下，轴瓦振动虽不大，但转轴会产生较大振动。

转轴振动过大引起支承部分损坏，首先反映的是轴瓦乌金碎裂和碾压，其次是轴瓦紧力丧失。但这两种故障很少同时发生，这是由于轴瓦紧力丧失后，轴瓦在洼窝内支承刚度降低，转轴振动对轴瓦乌金撞击力有所减少。

转轴振动过大引起轴瓦紧力消失的机理，与乌金碎裂机理相似，是由于转轴振动过大的激振力通过油膜传至轴瓦及其垫块，使垫块和洼窝接触处产生交变压应力。当压应力超过材料疲劳极限时，金属表面产生塑性变形，轴瓦紧力减少和消失，在较大激振力作用下，轴瓦垫块与洼窝之间发生撞击，在长时间撞击作用下，引起金属表面疲劳和龟裂，轴瓦与洼窝之间间隙增大，轴瓦垫块与洼窝之间撞击加剧，使疲劳和龟裂的金属表面与基体逐步分离，形成剥落的金属薄片。这上过程长者2-3个月才能形成，短者3-4天即可使轴瓦紧力消失。但形成金属表面疲劳剥落则需要较长时间。

引起转轴振动过大的原因是激振力过大，其激振力主要来自转子不平衡力，其中包括转子热弯曲引起的不平衡。轴瓦自激振动虽可以引起过大的转轴振动，但运行经验证明，在现场还未发现因轴瓦自激振动引起轴瓦紧力消失的事例。

5.5.2.2轴瓦垫块承载面积太小

上述分析轴瓦紧力功能时指出，当作用在轴瓦上激振力小于轴瓦载荷时，轴瓦有无紧力对振动影响不大。下面进一步分析轴瓦失去紧力后引起振动和噪声增大的原。

通过现场多台机组振动测试结果证明，轴瓦失去紧力后引起振动和噪声增大，是由于轴瓦垫块在过大振动撞击下，在垫块和对应的洼窝处产生疲劳损坏，由此不仅失去了紧力，而且轴瓦在下洼窝内支承刚度显著降低，引起自振频率下降。当作用在转子上激振力中含有明显的高阶分量时，例如活动式联轴器磨损引起的撞击力、转子弯曲引起的非基波分量激振力等。这些激振力量值很小，一旦其频率与轴瓦支承系统的自振频率相符，轴瓦在洼窝内就会发生共振，造成轴瓦振动增大，由于振动频率较高（150-400Hz），所以会产生很大的噪声，共振严重时这种噪声在厂房外20多米处仍能清楚听到。这种高频共振的发生，事实上主要不是轴瓦失去紧力所致，而是轴瓦在洼窝内自振频率下降。

图所示是在苏制BIIT-50-2和国产125MW机组2瓦上录得的振动波形。由波形和频谱分析可知，图5-7（a）振动主频率是350Hz；图5-7（b）振动主频率虽是50Hz，但是150Hz振动分量也非

常明显。前者高频激振力来自活动式联轴器磨损，由撞击力引起，故移撞击共振；后者高频激振力来自汽轮机转子热弯曲，因此称为高次谐波共振。这两种振动故障原因及机理请见第二章第十二节。

由于引起高阶激振力的故障，例如上述指出的活动式联轴器磨损，转子热弯曲，还有固定式联轴器同心度和平直度偏差过大等，其引起高阶激振力频率分量较为丰富，因此轴瓦在洼窝内发生共振频率，主要决定于轴瓦在洼窝内组成自振频率，所以一个转子的两个轴瓦发生共振，其主频率往往是不同的，但都是基频振动的整数倍。

5.5.3 轴瓦紧力丧失的消除对策

由轴瓦紧力丧失原因可知，消除对策有两个，一是减少转轴振动；二是加大轴垫块的接触面积。前者从是从减少激振力入手，后者是增加轴瓦在洼窝的稳固性。

加大轴瓦垫块接触面积，在运行机组上实施具有较大的难度，而且由于转轴振动过大依然存在，当轴瓦在洼窝内稳固性增加之后，轴颈作用在乌金上激振将增大，轴瓦紧力虽然不丧失了，但可能会引起轴瓦乌金频繁碎裂，因此消除轴瓦紧力丧失的有效对策只有减少转轴振动。

减少转轴振动能否减少高阶激振力，取决于减少转轴振动的措施。例如活动式联轴器磨损过大，引起转轴振动增大，调整轴系平衡右以使转轴振动减少，但频撞击力没有减少，如果通过更换磨损联轴器或研磨联轴器，再调整轴系平衡，则转轴振动和高阶撞击力都可以减少。不过如轴瓦在洼窝内不发生共振，或轴承座本身或周围其他部件不发生高频共振，这种数值很小的高阶撞击力对机组安全运行不会带来明显的不利影响。

由多台机组实践证明，对于活动式联轴器存在明显磨损和汽轮机转子存在热弯曲的情况下，通过调整轴系平衡，减少转轴振动之后，机组经6-7年运行，轴瓦紧力不再丧失，而胜也未出现过其他异常现象。