淺談一起透平機(jī)油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象處理

高輝明

摘要：敘述了一起透平機(jī)油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象發(fā)生后，從其機(jī)組前后變化進(jìn)行原因排查分析，到確定為油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象。再通過油膜渦動(dòng)/振蕩發(fā)生的可能原因去查找引起透平機(jī)出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因，最后成功處理了一起因檢修不當(dāng)引起的透平機(jī)油膜渦動(dòng)/振蕩問題。

關(guān)鍵詞：透平機(jī);油膜渦動(dòng);油膜振蕩

福建泉州閩光鋼鐵有限責(zé)任公司現(xiàn)有一臺(tái)軸流干式GT60-D*2 TRT機(jī)組，2020年10月，機(jī)組在運(yùn)行中發(fā)電機(jī)后軸瓦產(chǎn)生一種周期振動(dòng)現(xiàn)象，該振動(dòng)現(xiàn)象振動(dòng)趨勢(shì)圖呈規(guī)律波狀，振動(dòng)周期在7-8分鐘之間，初發(fā)生時(shí)，振幅從上午逐漸增加，到下午15：30左右達(dá)到最大值，22：00左右，振幅逐漸回落，到凌晨時(shí)振幅趨于平穩(wěn)，每日重復(fù)出現(xiàn)。

1、TRT發(fā)電機(jī)組近期運(yùn)行概況

該機(jī)組于2020年3月份進(jìn)行機(jī)組本體檢修，對(duì)透平機(jī)兩側(cè)密封碳環(huán)進(jìn)行更換。檢修后由于密封碳環(huán)更換時(shí)磨合不到位，大量碳粉將氮?dú)饷芊馀盼酃芏伦?，并沿著主軸進(jìn)入潤(rùn)滑油系統(tǒng)，導(dǎo)致潤(rùn)滑油與碳粉混合，顆粒度超過12級(jí)。2020年10月份，發(fā)電機(jī)后軸瓦溫度異常升高，停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)后軸瓦表面粘有大量碳粉，進(jìn)行刮瓦清理后，維修人員為確保軸瓦潤(rùn)滑油流量，將發(fā)電機(jī)后軸瓦潤(rùn)滑油的節(jié)流孔板孔徑由φ8擴(kuò)大至φ13，透平機(jī)重新投運(yùn)后，振動(dòng)及溫度均正常。后對(duì)TRT潤(rùn)滑油進(jìn)行外循環(huán)過濾，約20天后，潤(rùn)滑油顆粒度降低至8級(jí)，同時(shí)運(yùn)行人員上報(bào)TRT發(fā)電機(jī)后軸瓦出現(xiàn)異常周期振動(dòng)現(xiàn)象。

2、異常振動(dòng)形成原因分析

TRT發(fā)電機(jī)組投運(yùn)至今已有10年，振動(dòng)一直良好，故重點(diǎn)對(duì)機(jī)組異常振動(dòng)出現(xiàn)前后運(yùn)行情況進(jìn)行分析：

（1）該振動(dòng)現(xiàn)象與氣候變化相關(guān)，且在潤(rùn)滑油顆粒度降低后出現(xiàn)，即影響因素1--潤(rùn)滑油性能;

（2）該振動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)前20天，曾對(duì)該軸瓦進(jìn)行檢修維護(hù)，即影響因素2--近期軸瓦檢修不當(dāng)。

（3）軸流干式GT60-D*2 TRT機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸瓦為滑動(dòng)軸瓦，在滑動(dòng)軸承上常見一種油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象，即影響因素3--油膜渦動(dòng)/振蕩。

3、異常振動(dòng)問題處理

3.1 影響因素1--潤(rùn)滑油性能變化排查：

（1）潤(rùn)滑油溫：機(jī)組出現(xiàn)周期振動(dòng)時(shí)潤(rùn)滑油油溫約在32℃，通過運(yùn)行調(diào)整潤(rùn)滑油油溫，在提高潤(rùn)滑油溫度時(shí)，機(jī)組周期振動(dòng)情況仍然存在，且振幅上升，反之在降低潤(rùn)滑油溫1-2℃時(shí)，機(jī)組周期振動(dòng)情況趨于消失。

（2）潤(rùn)滑油量：后續(xù)處理過程中兩次分別將發(fā)電機(jī)后軸瓦潤(rùn)滑油節(jié)流孔板孔徑由φ13調(diào)整為φ10，由φ10恢復(fù)為設(shè)計(jì)值φ8，發(fā)電機(jī)后軸瓦周期振動(dòng)情況依然存在，且振幅、周期均無變化。

綜上，潤(rùn)滑油性能變化不是該異常振動(dòng)現(xiàn)象形成的主要原因，但該異常振動(dòng)受潤(rùn)滑油性能變化影響。后期變化中顆粒度進(jìn)一步降低導(dǎo)致降低潤(rùn)滑油溫度也無法消除該振動(dòng)現(xiàn)象，而顆粒度降低與油溫降低的共同特點(diǎn)是影響潤(rùn)滑油粘度，故該振動(dòng)現(xiàn)象受潤(rùn)滑油粘度影響。

3.2、影響因素2--軸瓦檢修不當(dāng)排查

該機(jī)組自2020年3月份由專業(yè)人員修護(hù)后一直穩(wěn)定運(yùn)行至10月份，由自廠維護(hù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)后軸瓦溫度高問題進(jìn)行處理，10月份主要對(duì)發(fā)電機(jī)軸瓦進(jìn)行刮瓦處理、加大發(fā)電機(jī)后軸瓦潤(rùn)滑油節(jié)流孔板孔徑。檢修后，設(shè)備保持穩(wěn)定運(yùn)行。20天后發(fā)電機(jī)后軸瓦出現(xiàn)該異常振動(dòng)現(xiàn)象。異常振動(dòng)出現(xiàn)后，懷疑為檢修原因引起，多次測(cè)量發(fā)電機(jī)后軸瓦瓦塊與軸頸直徑間隙，均在設(shè)計(jì)值0.30～0.40mm之間，檢查軸頸與軸瓦接觸情況，符合全長(zhǎng)上均勻接觸。

3.3、影響因素3--油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象排查

經(jīng)了解，在滑動(dòng)軸承為支撐的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常見的一種油膜失穩(wěn)現(xiàn)象--油膜渦動(dòng)，它是轉(zhuǎn)軸在油潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承中發(fā)生的一種自激振動(dòng)，該現(xiàn)象存在以下特點(diǎn)：①、油膜渦動(dòng)的特征頻率為略小于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的1/2，并隨轉(zhuǎn)速的升高而升高;②、振動(dòng)較穩(wěn)定，次諧波振幅隨工作轉(zhuǎn)速的升高而升高;③、對(duì)軸承潤(rùn)滑油的溫度、粘度和壓力變化敏感。而油膜振蕩是由油膜渦動(dòng)發(fā)展而成，即當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于等于兩倍第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，渦動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率重合，使轉(zhuǎn)子一軸承系統(tǒng)發(fā)成共振性振蕩而引起，此外油膜振蕩形成還與潤(rùn)滑油粘度、軸瓦間隙相關(guān)。

TRT發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子原來的一階臨界轉(zhuǎn)速約在1800r/min，可以避開油膜渦動(dòng)及振蕩現(xiàn)象。近幾年來，由于兩次對(duì)透平機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行返廠檢修，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速遷移，轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速由1800r/min遷移至1300～1400r/min，而轉(zhuǎn)子額定運(yùn)行轉(zhuǎn)速在3000r/min，即運(yùn)行中轉(zhuǎn)速高于兩倍一階臨界轉(zhuǎn)速，達(dá)成油膜振蕩形成的前提條件。觀察該軸承的振動(dòng)趨勢(shì)圖明顯呈規(guī)律波狀圖，符合共振曲線特性。此外TRT發(fā)電機(jī)后軸瓦周期振動(dòng)現(xiàn)象明顯受到潤(rùn)滑油粘度影響。故，TRT發(fā)電機(jī)后軸瓦周期振動(dòng)現(xiàn)象符合油膜渦動(dòng)振蕩現(xiàn)象。而常見產(chǎn)生油膜渦動(dòng)振蕩的原因有：

①設(shè)計(jì)及制造原因：軸承參數(shù)設(shè)計(jì)不合理;軸承制造不符合技術(shù)要求;

②安裝維修：軸承間隙不符合要求、軸瓦參數(shù)不當(dāng);軸承殼體配合過盈不足;

③操作運(yùn)行：油溫或油壓不當(dāng)、潤(rùn)滑不良;

④狀態(tài)劣化：軸承磨損，疲勞損壞。腐蝕。氣蝕等;

泉州閩光鋼鐵的透平機(jī)已經(jīng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行10多年，故該油膜振蕩的形成明顯與①、③無關(guān)，而是與軸承變化相關(guān)，考慮振蕩發(fā)生前20天曾對(duì)該軸承進(jìn)行檢修，故再次嚴(yán)格按照檢修技術(shù)要求對(duì)軸瓦安裝進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查測(cè)量發(fā)電機(jī)后軸瓦間隙分別為：

①瓦塊與軸頸直徑間隙設(shè)計(jì)值：0.30～0.40mm，實(shí)際測(cè)量值：0.34mm;

②瓦塊與軸承體把緊后間隙設(shè)計(jì)值：≤0.02mm，實(shí)際測(cè)量值：0.2mm。

即檢修人員在軸瓦安裝時(shí)未嚴(yán)格按照檢修技術(shù)要求進(jìn)行回裝，軸瓦安裝把緊力過大，導(dǎo)致軸瓦與軸承體把緊后間隙達(dá)到0.2mm，遠(yuǎn)超過安裝要求的≤0.02mm。復(fù)查后啟機(jī)，發(fā)電機(jī)后軸瓦周期振動(dòng)現(xiàn)象消除，且隨意調(diào)整油溫，均未再出現(xiàn)該振動(dòng)現(xiàn)象。

4、結(jié)語(yǔ)

福建泉州閩光鋼鐵有限責(zé)任公司的軸流干式GT60-D*2 TRT機(jī)組發(fā)電機(jī)后軸瓦周期振動(dòng)現(xiàn)象屬于軸瓦檢修不當(dāng)引起的油膜渦動(dòng)/振蕩現(xiàn)象，而油膜振蕩常見的處理方法有：按技術(shù)要求安裝軸承，保證間隙符合技術(shù)要求;適當(dāng)調(diào)整油溫;避開油膜共振轉(zhuǎn)速區(qū)等。故為了避免類似現(xiàn)象再次發(fā)生，提出以下措施：

①、確保每次檢修嚴(yán)格按照檢修技術(shù)要求對(duì)機(jī)組進(jìn)行復(fù)裝;

②、確保機(jī)組的一階臨界轉(zhuǎn)速高于機(jī)組1/2額定轉(zhuǎn)速，該機(jī)組因轉(zhuǎn)子檢修造成的一階臨界轉(zhuǎn)速低于機(jī)組1/2額定轉(zhuǎn)速，建議進(jìn)行透平機(jī)與發(fā)電機(jī)機(jī)整體的動(dòng)平衡處理，將臨界轉(zhuǎn)速恢復(fù)至1800r/min左右，從根本上消除油膜振蕩發(fā)生的前提條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]張新勇、段滋華等. 滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)以油膜振蕩研究. 太原理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2008年5月，第39卷第3期.

[2]陳忠民、安樹家. 軸承油膜振蕩的治理[J]. 風(fēng)機(jī)技術(shù)，1999（4）：36-41