淺析減小煙氣輪機(jī)徑向軸承振動值的措施

張?zhí)烨?，陳利維

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

煙氣輪機(jī)是煉油催化裂化裝置上的核心機(jī)組，而徑向軸承在煙氣輪機(jī)中是關(guān)鍵部位，起著支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的作用，由于煙氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子且為懸壁結(jié)構(gòu)，所以徑向軸承性能的好壞直接關(guān)系到煙氣輪機(jī)能否能夠安全平穩(wěn)運(yùn)行，影響著煙氣輪機(jī)的整體質(zhì)量。

在運(yùn)行過程中，煙機(jī)主軸以5 000 r/min～7 000 r/min轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)（見表1），將一定黏度的潤滑油帶入油楔中，形成壓力油膜承受載荷，潤滑油在收斂的楔形間隙中流動，由于油層間的剪切應(yīng)力的作用，產(chǎn)生流體動力，使相對運(yùn)動的軸外表面和瓦內(nèi)表面被油膜隔開，形成純液體摩擦。這類軸承具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行平穩(wěn)，抗振阻尼小，噪聲小，主軸系統(tǒng)強(qiáng)度和剛度大，軸承的可靠性和承載能力高的特點[1-3]。

表1 設(shè)計數(shù)據(jù)

1 YL12000E型煙氣輪機(jī)的概況及試車狀況

該煙氣輪機(jī)采用傳統(tǒng)的軸向進(jìn)氣，垂直向上排氣的結(jié)構(gòu)，其徑向軸承采用的是四油楔固定瓦軸承。在試機(jī)過程中，煙氣輪機(jī)入口、出口采用管道連接，構(gòu)成密閉的實驗回路；電動機(jī)通過液力偶合器調(diào)速和增速箱增速驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，使空氣在密閉回路中不斷循環(huán)，達(dá)到規(guī)定的入、出口循環(huán)溫度。同時煙機(jī)及密閉循環(huán)管線應(yīng)采取必要的保溫措施，以便實驗中循環(huán)氣體達(dá)到300℃以上，完成煙機(jī)的熱態(tài)考核。但是在試機(jī)過程中，此煙機(jī)后徑向軸承其x方向的振動值為40 μm，y方向的振動值達(dá)到60 μm，其振動值偏大。

2 振動原因分析

軸承穩(wěn)定性對轉(zhuǎn)子振動行為及穩(wěn)定性的影響十分巨大[4-6]。在煙氣輪機(jī)的運(yùn)行過程中，隨著工作轉(zhuǎn)速的提高，軸的振動值也隨著工作轉(zhuǎn)速的提高而增加。在YL型的煙氣輪機(jī)采用的是剛性轉(zhuǎn)子，其工作轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子的一級臨界轉(zhuǎn)速，因此只產(chǎn)生油膜渦動，不至于發(fā)展成油膜振蕩，在有效抑制油膜渦動的情況下，仍可以正常運(yùn)行。油膜渦動是指轉(zhuǎn)子在繞自身幾何軸線高速旋轉(zhuǎn)的同時，還環(huán)繞軸承中心連線做公轉(zhuǎn)運(yùn)動，渦動是由油膜力造成的。實際上，油膜渦動的頻率總是小于轉(zhuǎn)子工頻的0.5倍，為0.42～0.48倍的工頻。油膜渦動的頻率隨轉(zhuǎn)子工頻成比例的增減，振動幅值也隨之變化，即隨著轉(zhuǎn)速的升高，半速渦動成分的振幅值也逐漸增大。油膜渦動的能量較小，一般不會破壞軸承的正常潤滑，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍時，其渦動頻率將與轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速接近，誘發(fā)油膜振蕩。油膜振蕩危害極大，在短暫的時間里就可以毀掉轉(zhuǎn)子和軸承，因此盡可能避免油膜渦動和油膜振蕩帶來的危害。

3 減小振動值的措施

3.1 減小軸瓦間隙

原來使用的軸承相對間隙為1.5‰左右，由于油膜承載力與軸承半徑間隙的平方成反比，將相對間隙減小到軸徑1.2‰～1.3‰可以看出，軸承的承載能力、油膜剛度和阻尼都有所增加。另外，軸瓦產(chǎn)生的油膜壓力也比調(diào)整前大了，這有助于提高軸的旋轉(zhuǎn)精度。因此，采用這種方法，對抑制油膜渦動有一定的效果，提高了系統(tǒng)的抗振性及穩(wěn)定性，是現(xiàn)場常見的調(diào)整方法。

式中剛度數(shù)阻尼數(shù)。

減小瓦間隙前后振動值對比（見表2，表3）。

表2 減小瓦間隙之前

表3 減小瓦間隙之后

由于煙氣輪機(jī)徑向軸承的瓦塊采用的是機(jī)械加工，在加工過程中可能產(chǎn)生相對誤差；在把軸承箱蓋壓在軸承座上時和把瓦塊裝到軸承座里時，壓緊力的大小也產(chǎn)生影響；以及測量誤差等積累到一起，導(dǎo)致煙機(jī)開起后x或y某個方向振動值偏大（見圖1），這時最簡單的方法是給振動值偏大的瓦塊下墊相應(yīng)厚度銅皮。這種方法既簡單又能有效減小振動值，提高徑向軸承的穩(wěn)定性，是現(xiàn)場最常用的操作方法。

圖1 YL12000E徑向軸承

下面是YL12000E煙氣輪機(jī)徑向軸承振動值偏大的具體解決方案。

根據(jù)圖1所示，表2計算。

軸徑為d=2r=165 mm

一般軸瓦間隙 c=d×1.1 ‰（可傾瓦）=d×（1.2-1.3）‰（加工瓦）

計算值c=165×1.2‰=0.2 mm

內(nèi)徑千分表測得軸瓦間隙c=0.22 mm

所以分別給上兩塊瓦墊0.02 mm的銅皮使其滿足設(shè)計要求。

但是當(dāng)煙氣輪機(jī)試機(jī)時，x方向的振動值為40 μm，y方向的振動值為60 μm，振動值偏大，在現(xiàn)場再采用墊銅皮的方法。

這時給x方向上瓦塊墊0.02 mm的銅皮，y方向上的瓦塊墊0.03 mm的銅皮，這時煙氣輪機(jī)開啟后徑向軸承的振動值減小，達(dá)到了平穩(wěn)運(yùn)行要求。

所以最終x方向墊銅皮0.02+0.02=0.04 mm

y方向墊銅皮0.02+0.03=0.05 mm

實際上的瓦間隙是測量值減掉所墊的銅皮厚度。

瓦間隙 c=0.22-（0.04-0.05）=0.17-0.18 mm

這時倒推出瓦間隙為ψ=（0.17-0.18）/165=1.1‰左右。

這種方法現(xiàn)場采用最多，操作方便，是最有效減小振動值的方法。

3.2 減小軸瓦寬度

減小軸瓦的寬徑比，瓦寬與軸徑的比值相對減小，最大油膜壓力比減小軸瓦間隙有較大提高。減小軸瓦寬徑比，有利于增大壓強(qiáng)，提高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，增加軸承兩端潤滑油的泄漏量，以降低溫升，但寬徑比不能太小，一般在0.4～0.5時為宜；否則，就減小了軸承的油膜剛度和阻尼，削弱了系統(tǒng)的抗振性，同時承載能力也將降低。

3.3 調(diào)整潤滑油溫度

徑向軸承的振動值隨潤滑油溫度的降低而減小。從理論上講，提高油溫，等于減小了油的黏度，軸徑在軸瓦中的偏心率及承載能力系數(shù)都得到了增加，有利于軸徑的穩(wěn)定。但對于振動值偏大不穩(wěn)定的軸承，降低油溫，提高了油的黏度，等于增加了油膜對轉(zhuǎn)子渦動的阻尼作用，往往會使振動值有所下降。一般情況下，煙氣輪機(jī)的進(jìn)油溫度控制在35℃～40℃，徑向軸承運(yùn)行最平穩(wěn)。

一般滑動軸承，根據(jù)轉(zhuǎn)速，按下列公式選取潤滑的黏度，可以保證油的溫升不至于過高。

式中：η-潤滑油的黏度，Pa·s；n-軸徑的轉(zhuǎn)速，r/s。計算所得黏度應(yīng)為有效油溫下的黏度。

3.4 調(diào)整合適的軸瓦進(jìn)油壓力

潤滑油壓力的變化同油溫的變化一樣，改變的是油膜的工作狀態(tài)。油壓越小，油膜越薄，軸徑在軸瓦中的偏心率及承載能力系數(shù)越有利于軸徑的穩(wěn)定。煙氣輪機(jī)軸瓦的進(jìn)油壓力，要求控制在0.15 MPa～0.18 MPa，通過查閱有關(guān)資料，逐漸將油壓降至0.08 MPa，振動值將明顯下降。一般潤滑油的壓力不能低于0.058 8 MPa，低于其值發(fā)出報警信號；再低于0.039 2 MPa時停機(jī)。調(diào)整油壓一定要謹(jǐn)慎、緩慢，控制好機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，避免因潤滑油的油壓過小、油膜太薄，使摩擦熱量來不及帶走，造成徑向瓦溫度超指標(biāo)，出現(xiàn)干摩擦，損壞徑向軸承。

3.5 采用不等長油楔

確定油楔數(shù)時要兼顧穩(wěn)定性和承載能力兩方面的要求，為了提高多楔軸承的承載能力，可采用不等長的油楔，用較長的油楔承受軸承外載荷也有利于軸承的穩(wěn)定。

3.6 采用偶數(shù)油楔

在選擇油楔數(shù)時，并不是油楔數(shù)越多，穩(wěn)定區(qū)越大，但油楔數(shù)越多，在各個半徑方向上軸承的油膜剛度越均勻。首先，為了便于剖分，采用偶數(shù)油楔；其次，偶數(shù)油楔承受載荷是兩個瓦塊，奇數(shù)油楔一般是一個瓦塊承受載荷，所以該結(jié)構(gòu)的軸承旋轉(zhuǎn)精度和定心性好，抗油膜振蕩能力、剛度和阻尼都較大，軸承的穩(wěn)定性好。

3.7 減小楔形度

半徑間隙c與軸頸半徑r之比為相對楔隙，相對楔隙與相對間隙之比值ψ/ψ*稱為楔形度。楔形度大表明楔形間隙楔角大。楔形度大可能在楔形間隙的起始段未能形成承載油膜，使軸承油膜變短，軸承的承載能力下降。楔形度在2～3范圍內(nèi)為最佳楔形度，這種楔形度小的軸承在工藝上實現(xiàn)比較困難，但可以提高軸承的承載能力和穩(wěn)定性。

4 總結(jié)

徑向軸承是煙氣輪機(jī)上的關(guān)鍵部位，徑向軸承的振動值偏大直接影響到煙氣輪機(jī)平穩(wěn)正常的運(yùn)行，因此減小振動值不但提高了徑向軸承的穩(wěn)定性，而且延長了煙氣輪機(jī)的使用壽命，從而創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。本文通過減小軸瓦間隙達(dá)到了煙機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的要求，后面幾點為減小徑向軸承振動值的幾種方法，僅為探討，部分有待用于實踐當(dāng)中，希望在實踐當(dāng)中可以達(dá)到預(yù)期的目的。

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