浅析汽轮机油膜振荡

增 刊山西焦煤科技 Supple m ent 2008年7月 Shanx iC oking Coal Sc i e nce&Techno l o gy Ju.l2008 问题探讨

浅析汽轮机油膜振荡

王书堂

(西山热电有限责任公司)

摘 要 油膜振荡是影响汽轮机安全运行的重要问题。结合公司汽轮机组的情况,定性地分析汽轮机设备运行中出现油膜振荡的特征及影响因素,并提出预防油膜振荡发生和发生后应采取的措施,以便尽可能地避免油膜振荡的发生,保障机组的安全稳定运行。

关键词 油膜振荡;失稳;特征;措施

1 汽轮机组的振动情况

西山热电公司1#机在2005年9月运行调试时曾发生油膜振荡现象,后经西安热工院技术人员通过增大三瓦负荷及减小三瓦顶隙等一系列措施后消除了油膜振荡。2#机在2006年6月16日发生油膜振荡,通过启动顶轴油泵,提高油膜刚度后,暂时消除了振动,保证了机组的安全运行,直到在2007年4月机组小修时,通过减小轴瓦顶隙等措施,油膜振荡得以消除。

2 油膜振荡的特征

油膜振荡是由于滑动轴承中的油膜作用而引起的旋转轴的自激振荡,可产生与转轴达到临界转速时同等的振幅或更加激烈。油膜振荡不仅会导致高速旋转机械的故障,有时也是造成轴承或整台机组破坏的原因。

油膜振荡的特征与不平衡振动有本质的区别,油膜振荡具有以下特征:

1)油膜振荡在转子临界转速的2倍以上转速时发生,一旦发生振荡,振幅急剧加大,即使再提高转速,振幅也不会下降,见图1。强烈振动有时会导致烧瓦和轴系的破坏。

2)油膜振荡具有惯性效应,升速时产生油膜振荡的转速与降速时油膜振荡消失的转速不相同,见图2。

3)油膜振荡开始发生,但还未发展为剧烈的自激振动时,轴心轨迹图形呈现紊乱状态,在一般情况下,正常工作时,轴心也是按一定的轨迹运动,其轨迹在小范围内变化。当油膜振荡发生时,振动逐步剧烈,轨迹的变化范围剧烈增大,

且呈紊乱状态。

4)油膜振荡时转轴将承受较大的交变应力,由油膜振荡产生的交变应力的频率是转轴旋转频率与轴心涡动频率的差。

3 油膜涡动及油膜振荡的影响因素

油膜涡动和油膜振荡在高、中压和低压转子上均

作者简介:王书堂 男 1974年出生 1995年毕业于太原电力学校 助理工程师 太原 030022

可能发生,并且由于转子标高受热负荷的影响,油膜失稳不但可能在升速过程,而且也可能在带负荷期间发生。

3.1 油膜涡动及油膜振荡的影响因素

根据上述对油膜失稳的定性分析,结合汽轮机实际运行过程中出现的油膜失稳及处理方法,可总结出导致油膜振荡的因素如下:

1)润滑油黏度。影响润滑油黏度的因素有油质、油的牌号和油温。随着油黏度的提高,轴瓦稳定性会降低。影响油质的因素主要是油中含水和劣化,目前,国内使用的汽轮油有32号和46号2种,前者黏度小于后者。油温对油黏度有很大的影响,当其它条件不变时,油温高则油的黏度低,最小油膜厚度变小,轴承的工作点、油膜刚度和阻尼系数都将发生变化。一般情况下,油温高,最小油膜厚度小,偏心率大,轴承不易产生油膜振荡,即提高了稳定转速。

2)轴瓦间隙。轴瓦间隙影响轴承的稳定性,主要是由于影响轴承运行的最小间隙,最小间隙是稳定工作的重要依据。最小间隙越小,轴承工作越稳定。

3)轴系结构设计。它影响转轴的刚度,也即影响临界转速;同时也影响转轴的载荷分布及轴的挠曲程度;转轴在工作过程中偏心率的大小将影响其临界转速,同时也影响轴承的工作条件,即轴承的工作性能。

4)轴承负载。汽轮发电机组轴系安装时,是在转子不旋转的状态下,按制造厂家提供的挠度曲线和规范,调整轴承中心位置找正的。但在运行过程中,由于机组的热变形,转子在油膜中浮起,以及真空度、地基不均匀下沉等因素的影响,轴系对中情况将发生变化,即标高产生起伏。因此,在热态下,机组轴承的负荷将重新分配,有可能使个别轴承过载,出现温升过高和烧瓦,个别轴承的负荷偏低,产生油膜振荡或其它异常振动。

5)其它因素。根据国内外文献及实验说明,轴承紧力、支承座、基础的刚度等对轴系稳定性也有影响。定性地说,支承刚度、阻尼增大稳定性提高,特别是增大阻尼对提高稳定性有明显的作用。

3.2 油膜振荡的预防和处理措施

1)提高润滑油进油温度(一般提高至40!~ 45!),减少油黏度,以减少 值。

2)启动顶轴油泵,采用静压和动压混合式运行方式提高轴承/油膜的径向刚度。此措施已成为该公司2#机组发生油膜振荡时采取的最有效的手段,只要一启动顶轴油泵,油膜振荡立即消除。

3)改变轴承间隙。在轴瓦稳定性计算中,不论是圆筒瓦、椭圆瓦还是三油楔瓦,随着轴瓦半径间隙的增大,稳定性将增高。但根据实际运行经验来看却并非如此,这三种轴瓦过大的顶隙都会显著降低轴瓦稳定性,所以要尽量减小轴瓦顶隙。

在现场减少轴瓦顶隙,一般都采用修刮轴瓦中分面的方法,使圆筒形瓦变成椭圆瓦、椭圆瓦的椭圆度进一步增大,三油楔瓦变成三油楔和椭圆混合型瓦,这样就加大了上瓦的油膜力,使轴颈上浮高度降低,从而提高轴瓦的稳定性。椭圆瓦和三油楔瓦顶隙可以减少到轴颈直径的1∀~1.3∀,轴颈直径大的,取上限;轴颈直径小的,取下限。目前现场真正的圆筒形瓦(顶隙等于2倍侧隙)已很少见到,而所谓的圆筒形瓦实际上椭圆瓦,其顶隙和侧隙近似相等,当这种轴瓦发生自激振动时,可以将其顶隙减少至轴颈直径的1.2∀~1.5∀,这是由于这种轴瓦侧隙较小,顶隙不宜过小,否则会引起乌金温度的升高。

4)换用稳定性较好的轴瓦。目前现场使用的有圆筒瓦、椭圆瓦、三油楔瓦和可倾瓦,前2个轴瓦在现场使用已有较长的历史,而且积累了较丰富的使用经验。从稳定性来说,椭圆瓦好,因此,在现场发生轴瓦自激振动时,首先是将圆筒形改成椭圆瓦。实践证明,效果良好。目前国内可倾瓦只是局限在大型机组上使用。

4 总 结

油膜振荡对汽轮机组设备的危害极大,所以在实际运行和检修过程中都必须认真对待这个问题。在发生油膜振荡时,应根据产生的现象,及时采取措施,以保证机组的安全运行。但必须指出,轴瓦自激振动虽然与机组运行中的某一参数有关,例如凝汽器真空、主蒸汽参数、有功负荷、热负荷、励磁电流等,但是在拟定消除振动措施时,不能只局限于针对这些有关参数,而必须从消除轴颈扰动过大和提高轴瓦稳定性最基本的因素着手,这样才能获得较好的效果。

收稿日期 2008-04-17

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山西焦煤科技2008年增刊