汽輪機軸承座不穩(wěn)定振動故障分析

沈國棟，洪久安，段宗偉

（安徽淮南平圩發(fā)電有限責任公司，安徽 淮南 232089）

一段時間以來，某廠一臺600MW汽輪發(fā)電機組正常運行中高中壓轉子軸承座振動不穩(wěn)定，出現(xiàn)了比較異常的低頻抖動現(xiàn)象。對該機組發(fā)生的振動現(xiàn)象進行了測試，分析了故障原因，并進行了治理，取得了比較好的減振效果。

1 機組結構

該機組為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽凝汽式汽輪機，額定負荷為600MW。汽輪機由高中壓轉子、低壓轉子Ⅰ、低壓轉子Ⅱ、發(fā)電機轉子和勵磁機短軸組成，其中發(fā)電機勵磁機短軸為三支撐結構。汽輪發(fā)電機組由9個徑向軸承支撐，前6個軸承均為可傾瓦軸承。高壓轉子兩側軸承采用落地式軸承座，低壓Ⅰ轉子和低壓Ⅱ轉子兩側4個軸承采用座缸式設計，發(fā)電機轉子兩側軸承采用端蓋式軸承座。機組軸系布置如圖1所示。機組在x和y方向上各裝了一個軸振測點，在頂部安裝了一個軸承座振動測點。

圖1 600MW汽輪發(fā)電機組軸系布置圖

2 機組振動情況

2.1 振動趨勢圖分析

圖2給出了正常帶負荷運行狀態(tài)下高壓轉子兩端軸振和軸承座振動隨時間變化趨勢。從圖中可以看出，高壓轉子兩側軸振比較穩(wěn)定，波動幅度較小。2號軸承座振動在10～40μm之間大幅度波動，和DCS上顯示的振動不穩(wěn)定情況相似。2號軸承座振動通頻值波動過程中，工頻值比較穩(wěn)定。2#軸承座振動波動具有隨機性，與負荷等運行參數(shù)之間的關系不大。

圖2 正常運行狀態(tài)下高壓轉子振動趨勢

2.2 振動頻譜圖分析

圖3給出了高壓轉子兩側軸振測點頻譜圖。高壓轉子軸振以工頻分量為主，含有少許二倍頻等高倍頻分量，低頻分量很小。

圖3 高壓轉子兩側軸振頻譜圖

圖4和圖5給出了振動波動時高壓轉子兩側軸承座振動頻譜。振動小時，兩側軸承座振動信號以工頻為主，含有少許低頻和高倍頻分量；振動大時，兩側軸承座信號中工頻已不是主導分量，頻譜中含有大幅度的低頻分量，低頻頻率近似為6．26Hz，相當于1/8倍的轉動頻率。

從頻譜圖上可以看出，引起2瓦振動不穩(wěn)定的主要原因是低頻（6．25Hz）。低頻出現(xiàn)后，振動變大；低頻消失后，振動變小。振動波動和不穩(wěn)定突出表現(xiàn)在2#軸承座上，受其影響，不穩(wěn)定振動現(xiàn)象在1#軸承座上也有所表現(xiàn)。

圖4 振動小時高壓轉子軸承座振動頻譜

圖5 振動大時高壓轉子軸承座振動頻譜

2.3 振動波形分析

圖6和圖7給出了振動大和振動小時1#軸承座和2#軸承座振動波形。從圖上可以看出，振動小時信號相對平穩(wěn)，振動大時信號呈現(xiàn)“抖動”特征，含有較大幅度的低頻分量。

如以8個周期內(nèi)振動峰峰值為依據(jù)，2#軸承座振動波動時的實際振動值遠高于DCS顯示值。以圖5為例，振動大時，2#軸承座振動達到85μm，1#軸承座振動達到30μm。

圖6 振動大時高壓轉子軸承座振動波形

3 不穩(wěn)定振動原因分析

3.1 低頻分量來源分析

2瓦不穩(wěn)定振動主要是由于6．25Hz低頻分量所引起的，出現(xiàn)該頻率分量比較異常。雖然軸承座振動波動時，軸振沒有波動，但因1#軸承座和2#軸承座上都出現(xiàn)了同樣的振動現(xiàn)象，初步判定振動信號是真實的。

圖7 振動小時高壓轉子軸承座振動波形

大容量超臨界汽輪機高壓轉子容易發(fā)生因汽流激振而誘發(fā)的不穩(wěn)定低頻振動，但是頻率大多為半頻（25Hz）或高壓轉子一階臨界轉速所對應的頻率，不可能這么低。軸承油膜失穩(wěn)也會產(chǎn)生較大的低頻振動。和汽流激振一樣，低頻分量的頻率不可能如此低。

根據(jù)上述分析，可以初步排除由于汽流或油膜引發(fā)的不穩(wěn)定低頻振動的可能性。

3.2 軸承結構分析

該機組2#軸承座采用四瓦可傾瓦結構?？蓛A瓦軸承由4塊澆有巴氏合金的可傾軸承瓦塊、軸承體和軸承殼及其它附件組成。4塊可傾瓦獨立，互不相通，2個下瓦塊承受軸頸的載荷，2個上瓦塊使轉子運行穩(wěn)定。各瓦塊均用球面調(diào)整墊塊支撐在軸承體上，調(diào)整墊塊球形表面與位于各瓦塊中心的內(nèi)墊片接觸，允許瓦塊轉動，并與軸頸自動對中。調(diào)整墊片的平面邊緊貼被研磨成所需厚度的外墊片，以保持適當?shù)妮S頸間隙。軸承體設計制造成對分的兩半，在中分面處用軸承體定位銷連接，并被嵌入軸承座和軸承蓋的槽中。在進行部件組裝時，各瓦塊借助靠近其端部的臨時螺栓定位，以便在裝運和現(xiàn)場裝配時保持原有位置。為了防止軸承上半部分2個瓦塊進油邊與軸頸摩擦，將該處的烏金刮去一部分，形成一進油槽，可傾瓦塊通過柱銷與殼體相連，并在這2個瓦塊出油邊安裝彈簧，以起到減振的作用。

如果2#軸承座上半可傾瓦背后的彈簧斷裂，彈簧失去約束效果后，可傾瓦塊的擺動幅度就會較大。當瓦塊擺動幅度超過軸承間隙后，就會導致瓦塊的出油邊與轉軸發(fā)生碰擦，導致振動。瓦塊與軸碰擦后，就會反彈，脫開接觸，振動又可能減小。如此反復，極有可能出現(xiàn)這類不穩(wěn)定振動。

3.3 故障治理建議

根據(jù)上述分析，決定進一步監(jiān)測2#軸承座瓦振波動現(xiàn)象變化趨勢，同時制定好故障處理預案。在正常運行和低轉速下，監(jiān)聽2#軸承座處是否有可傾瓦塊與軸碰撞發(fā)出的異音。如有停機機會，可重點檢查2瓦可傾瓦背后的彈簧是否斷裂以及2#軸承工作狀態(tài)等。

3.4 機組檢查結果

機組又運行一段時間后，振動不穩(wěn)定現(xiàn)象進一步加劇，振動波動的幅度增大，決定利用停機機會檢查。停機過程中，2#軸承座處聽到了比較明顯的“噠噠噠”碰撞聲音。打開軸承檢查，發(fā)現(xiàn)上瓦塊背后的彈簧斷裂，瓦塊出油邊與軸頸碰撞后導致烏金局部出現(xiàn)多處碎裂。更換2#軸承可傾瓦塊背部彈簧后再次開機，低頻振動分量消失，振動一直比較穩(wěn)定。

4 結語

針對某臺汽輪發(fā)電機組上發(fā)生的軸承座不穩(wěn)定振動問題進行了研究，發(fā)現(xiàn)低頻振動是由于可傾瓦與轉軸碰撞所引起的。這種發(fā)生在軸承座上的低頻不穩(wěn)定振動現(xiàn)象在大型旋轉機械上發(fā)生得比較少，本文研究結論可供今后其它機組檢維修分析工作參考。