《汽輪發(fā)電機(jī)組軸承失穩(wěn)故障的診斷及處理.pdf》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《汽輪發(fā)電機(jī)組軸承失穩(wěn)故障的診斷及處理.pdf（4頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)趨R文網(wǎng)上搜索。

1、 2 0 1 5年 4月 第 4 3 卷 第 2期(總第 2 3 7 期)A p r 2 O1 5 Vo1 43 No 2(Se r No 2 37)經(jīng)驗(yàn)；交 流 汽輪發(fā)電機(jī)組軸承失穩(wěn)故障的診斷及處理 Di a g no s i s a n d Tr e a t me nt o n Be a r i n g s t a b i l i t y Fa i l ur e o f Tu r bi n e Ge n e r a t o r s 魏艷輝，蘇 秦，劉一凡(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研 究院，長(zhǎng)春 1 3 0 0 2 1)摘 要：結(jié)合近年發(fā)生的軸承失穩(wěn)振 動(dòng)案例，在介紹軸承失穩(wěn)機(jī)理的基礎(chǔ)

2、上，對(duì)軸 承失穩(wěn)故 障的振動(dòng)特征及誘發(fā) 因素 等進(jìn)行 了分析，得出軸系受外部因素?cái)_動(dòng)、軸 承參數(shù)不合理、對(duì)輪 中心不 良或軸承標(biāo)高不合理等是導(dǎo)致軸承失穩(wěn) 的主 要原因，提出了增加潤(rùn)滑油溫度及壓力、調(diào)整軸瓦載荷及 間隙、減小軸承長(zhǎng)徑 比等處理措施。關(guān)鍵詞：汽輪發(fā) 電機(jī)組；軸承失穩(wěn)；振動(dòng)；油膜；故障診斷 Ab s t r a c t：Co mbi n e d wi t h r e l a t e d vi br a t i o n c a s e s o c c ur r e d r e c e nt y e a r s，b as e d o n t he i nt r odu c t i on

3、of b ea r i n g i n s t a b i l i t y me c h a n i s m，t h e v i b r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d i n d u c i n g f a c t o r s o f b e a r i n g i n s t a b i l i t y f a i l u r e a r e a n a l y z e d The ex t e r na l di s t ur b a nc e f a c t or s of s ha f t i n g，unr e a s o

4、n ab l e b e a r i ng p a r a me t e r，ba d on t h e whe e l c e nt e r an d u n r e a s o n a b l e b e a r i n g e l e v a t i o n a r e t h e ma i n r e a s o n Tr e a t me n t me a s u r e s s u c h a s i n c r e a s i n g o i l t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e，a d j u s t i n g t h e

5、l o a d b e a r i n g a n d t h e g a p，r e d u c i n g b e a r i n g a s p e c t r a t i o a r e s u g g e s t e d Ke y wor ds：t u r bi n e ge n e r a t or s；b e a r i ng i ns t a b i l i t y；v i b r a t i o n；oi l f i l m；f a ul t d i a g no s i s 中圖分類號(hào)：T K2 6 8 1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1 0 0 9 5 3 0 6(2 0

6、1 5)0 2 0 0 4 8 0 4 汽輪發(fā) 電機(jī) 組軸 承失穩(wěn) 誘發(fā) 的軸 系振 動(dòng)是 大型 機(jī)組 的常見故障，威 脅著發(fā) 電企業(yè)及 區(qū)域 電 網(wǎng)的安全 穩(wěn)定 運(yùn)行，給發(fā) 電企 業(yè)甚 至 電網(wǎng)帶來 極大 經(jīng) 濟(jì)損失。軸承失穩(wěn)誘發(fā)振動(dòng)以其突發(fā)性強(qiáng)，破壞力大的特點(diǎn)給 機(jī)組 安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來 巨大 隱患。引起機(jī)組軸 瓦振動(dòng) 的原因很多，本文結(jié)合近年發(fā)生的軸承失穩(wěn)振動(dòng)案 例，研究 了軸 承失穩(wěn) 的振 動(dòng)特 征，分 析 了軸承 失穩(wěn) 故 障的誘發(fā)原因，給出了該類故障的診斷依據(jù)及處理 措施。l 軸承失穩(wěn)機(jī)理 軸承失穩(wěn)故障一般發(fā)生在大型汽輪發(fā)電機(jī)組的 滑動(dòng) 軸承上。根據(jù) 軸承類型 的不同，發(fā) 生失穩(wěn)故

7、障的 概率也不同，其中圓筒瓦及橢圓瓦發(fā)生失穩(wěn)故障的概 率偏 高，可傾 瓦 的穩(wěn) 定性 相對(duì)較 高，發(fā)生失 穩(wěn) 故 障的 概率較前兩種軸承低。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，橢圓瓦和可 傾瓦的失穩(wěn)故障分別 占2 2 和 3 。機(jī)組軸承失穩(wěn) 故 障的振 動(dòng)特征及誘 因也不完全 相 同，根 本原 因均可 總結(jié)為軸承的運(yùn)行工況發(fā)生了變化，承載系數(shù)降低，產(chǎn)生 了非線性 的失 穩(wěn)力。汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，軸瓦與軸頸形 成一層 油膜 以 防止軸頸與軸承直接接觸，轉(zhuǎn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的熱量被 循環(huán) 的潤(rùn)滑油帶走，以避免軸承溫度上升，保證軸瓦 工作穩(wěn)定。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，軸瓦與軸頸直接接觸，而當(dāng) 轉(zhuǎn)子 以角速度 旋轉(zhuǎn)，在油膜 的作用下軸

8、頸 的 中心就 收 稿 日期：2 0 1 4 一 l O 一 2 9 作者簡(jiǎn)介：魏艷輝(1 9 8 1)，男，工程師，從 事汽輪機(jī)振動(dòng)故 障診斷及 處理 工作。4 8 圖 1 滑動(dòng)軸承失穩(wěn)機(jī)理簡(jiǎn)圖 2 0 1 5年 4月 第 4 3 卷 第 2 期(總第 2 3 7期)吉 林 電 力 J i l i n El e c t r i c P o we r Apr 2 01 5 Vo 1 4 3 No 2(S e r No 2 3 7)會(huì) 發(fā)生 移 動(dòng)，軸 浮在 油膜 上，此時(shí) 軸 瓦 中心 與軸 頸 中 心的連線下 方油膜最 薄，相反 的方 向油 膜最厚。由于 油楔的存在，油膜力 F與軸瓦的載荷

9、P會(huì)平衡；但隨 著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，軸瓦中心與軸頸中心連線角度發(fā)生 變化，油膜力、軸瓦的載荷也隨之改變，兩個(gè)力不平 衡，其矢量和隨之產(chǎn)生 P，將 P沿徑向和切向分解 得到 F 和 F ，由圖 1 可知，徑向力 F 使軸頸回到平 衡 位置 0 的力，而切 向力 F 使轉(zhuǎn)子沿 垂直于徑 向偏 移方向運(yùn)動(dòng)，該力是軸承失穩(wěn)的主要激振力，稱為失 穩(wěn)力，是破壞軸承穩(wěn)定性的根源。當(dāng)失穩(wěn)力大于軸承 的阻尼力時(shí)，轉(zhuǎn)軸便發(fā)生渦動(dòng)，軸承失穩(wěn)，振動(dòng)幅值大 幅升 高，并夾 雜著 大量 的低 頻分量，振 動(dòng) 幅值 急劇 增 加。若 失穩(wěn)力 能量較小，則 達(dá)到一定 程度后 受滑 動(dòng)軸 承的束縛，轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)再次平衡，振動(dòng)幅值維

10、持在 高位；若失穩(wěn)能量巨大，則振動(dòng)發(fā)散，發(fā)生機(jī)組毀壞的 惡性事故。例如 1 9 7 2年 日本海南電站 3號(hào)機(jī)組發(fā)生 的毀機(jī) 失火事故 l 2 J。2 軸承失穩(wěn)原 因分析 軸承失 穩(wěn)主要從 兩個(gè)角度考 慮，一是 非線性 激振 力產(chǎn)生的誘發(fā)因素，二是軸承本身的承載特性?，F(xiàn)結(jié) 合近年所發(fā)生的軸承失穩(wěn)振動(dòng)案例，總結(jié)導(dǎo)致該類故 障 的原 因。2 1 軸 系受外部 因素?cái)_動(dòng) 機(jī)組軸系本身的突然不平衡、動(dòng)靜碰磨、軸系熱 彎 曲、負(fù)荷突變 以及 電氣 擾動(dòng)等 因素會(huì)影 響到軸 頸在 軸 承 中的軸 心位 置變 化，由失穩(wěn) 力產(chǎn) 生 的機(jī)理 可 知，軸心位置的改變相當(dāng)于改變了軸頸在軸承中的工作 環(huán)境以及油膜的

11、工作狀態(tài)，激起圖 1中的失穩(wěn)力 F 。通化熱電 2號(hào)機(jī)低壓缸前軸承的失穩(wěn)便是由于電氣 擾 動(dòng)激起 失穩(wěn) 力 而導(dǎo) 致振 動(dòng) 突然上 升而使 汽 輪機(jī) 跳 閘。2 2 軸 承參數(shù) 不合理 軸 承 的檢修 工藝 控制 對(duì)軸 承 的工作 狀況 影 響很 大，特別是軸承的頂隙、側(cè)隙，其是否合理直接影響到 油膜 的工作環(huán)境。比如 圓筒瓦 和橢 圓瓦，如果其 頂隙 過大或側(cè)隙過小，則軸承上部的油膜力下降，軸承的 偏心率減小，直接導(dǎo)致軸承 的承載系數(shù)變低、穩(wěn)定性 下降，因此軸承的頂隙及側(cè)隙調(diào)整不合理，往往是現(xiàn) 場(chǎng)檢修后啟動(dòng)導(dǎo)致軸承失穩(wěn)的主要原因。通化鋼鐵 自 備電廠 1號(hào)機(jī)檢修后啟動(dòng)發(fā)生軸承失穩(wěn)，主要原因?yàn)?/p>

12、 軸承頂隙及側(cè)隙偏離設(shè)計(jì)值。對(duì)故障軸承重新修復(fù)及 調(diào)整后，軸承振動(dòng)幅值由 1 2 0 m 降至 2 1 y m，在設(shè)計(jì) 值允許范圍內(nèi)。2 3 對(duì)輪 中心不 良或 軸承標(biāo)高不 合理 對(duì) 輪 中心 不 良除 了引起 軸 系局部 動(dòng)不平 衡 誘發(fā) 工頻 振 動(dòng)增大 外，還會(huì)使 軸 承 的載荷 發(fā)生變 化，當(dāng)軸 承載荷較設(shè)計(jì)值低時(shí)，導(dǎo)致軸承的承載系數(shù)降低，進(jìn) 而誘發(fā)軸承穩(wěn)定性下降。軸承標(biāo)高不合理不僅僅體現(xiàn) 在靜態(tài)標(biāo)高的調(diào)整上，因汽輪機(jī)閥序的改變或其他外 部因素導(dǎo)致的軸承箱溫度偏高均會(huì)使軸承的動(dòng)態(tài)標(biāo) 高大 幅度 變化。無 論是軸承靜 態(tài)標(biāo)高調(diào) 整的不合理還 是軸承動(dòng)態(tài)的異常變化，最終的結(jié)果均是軸承的載荷

13、 發(fā)生變化，同對(duì)輪中心不良一樣，也會(huì)導(dǎo)致軸承的承 載 系數(shù) 降低誘 發(fā) 軸承 失穩(wěn)。通化 熱 電 2號(hào) 機(jī)軸 承失 穩(wěn)，其根本原因是軸承標(biāo)高不合理導(dǎo)致低壓缸前軸承 載荷下 降。2 4 潤(rùn) 滑油溫度及壓 力偏低 潤(rùn)滑 油溫度偏低則影 響到潤(rùn)滑 油的粘度，粘度越 大在軸 承中形成 的油 膜越厚，而變厚 的油膜則 直接影 響到油 膜剛度下 降，從而引起 軸承失穩(wěn)。而 潤(rùn)滑油壓 力過低 則影響 到油膜 的形成，若軸承本 身 已處 于失穩(wěn) 臨界 狀 態(tài)，則 潤(rùn)滑 油壓力 低 會(huì)破 壞油膜 穩(wěn)定 性，導(dǎo)致 軸承徹 底失穩(wěn)。另外，軸瓦本身存在的缺陷，如軸瓦烏金面存在 磨損、油囊形成不良等，也會(huì)影響潤(rùn)滑油油膜

14、穩(wěn)定性，致使軸 承失穩(wěn)。3 軸承失穩(wěn) 的振動(dòng)特征 3 1 振 動(dòng)故障發(fā) 生時(shí)伴有異音 軸承失穩(wěn)故障發(fā)生時(shí)，由于軸頸在軸承內(nèi)發(fā)生撞 擊會(huì)聽到類似軸承被拍擊的“啪啪”聲，機(jī)組外部會(huì)發(fā) 出嗡嗡的聲音。3 2 軸 瓦失穩(wěn) 時(shí)振 動(dòng)具有 突發(fā) 性 當(dāng)軸承失穩(wěn)故 障發(fā) 生時(shí)，振 動(dòng)的趨勢(shì)會(huì) 在短 時(shí)間 增大，而且發(fā)生前沒有 明顯 的征兆，個(gè)別案例發(fā)生振 動(dòng)時(shí)，往往來不及采取措施機(jī)組便已跳閘?？肇?fù)荷發(fā) 生 軸承 失穩(wěn) 故 障時(shí)，往 往汽 輪 機(jī)轉(zhuǎn)速 小范 圍變 化，低 頻 振動(dòng) 仍不 會(huì)消 除；帶 負(fù)荷 運(yùn)行 時(shí)，某些 案例 通過 改 變進(jìn)汽方式間接影響故障軸承的載荷時(shí)，振動(dòng)幅值異 常會(huì) 消失。升 速過程

15、中發(fā) 生 自激振 動(dòng)的轉(zhuǎn)速稱 為失穩(wěn) 轉(zhuǎn)速，當(dāng)達(dá)到軸承失穩(wěn)條件時(shí)振動(dòng)顯著上升；定速時(shí)發(fā)生軸 承失穩(wěn)，是因?yàn)檩S 承本 身在 3 0 0 0 r mi n工況時(shí) 穩(wěn)定 性不好，處于失穩(wěn)臨界狀態(tài)，當(dāng)軸系有外部擾動(dòng)、軸承 載荷發(fā)生變化等因素時(shí)，軸承失穩(wěn)。49 2 0 1 5年 4月 第 4 3卷 第 2期(總第 2 3 7期)Apr 20 1 5 Vo 1 4 3 No 2(Se t No 2 37)圖 4 圓 筒瓦 穩(wěn) 定 性 示 意 圖 4 2 1 提高潤(rùn) 滑油溫度 及壓力 潤(rùn) 滑油溫度 直接影 響到油的黏度，提高 油溫 可以 有效降低油的黏度，增加軸頸在軸承中的偏心距。從 公式(1)可以看 出，

16、降低油的黏度有利于提高軸瓦的 穩(wěn)定性。目前 潤(rùn)滑油溫 度一般運(yùn)行 范圍為 3 8 4 2 C，當(dāng)發(fā) 生軸瓦失 穩(wěn)而誘發(fā) 自激振 動(dòng)時(shí)，可以提 高潤(rùn)滑 油 溫到上限。采取調(diào)整潤(rùn)滑油的供油量并提升油膜的穩(wěn) 定性的措施提高潤(rùn)滑油壓力。在松花江熱電廠 6 號(hào)機(jī) 組故障案例中，將潤(rùn)滑油溫度 由 3 9 C提升至 4 6 C，潤(rùn)滑 油壓 由 0 1 1 8 MP a升 至 0 1 6 8 MP a，低頻 振 動(dòng) 消失，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)幅值由處理前的 3 3 0 g m下降至 1 l 0 m。4 2 2 調(diào)整軸 瓦載荷 由公 式(1)中軸 承 承 載系 數(shù) 的相 關(guān) 參 數(shù) 可 以看 出，軸瓦載荷越大越能提高軸承的穩(wěn)定性。機(jī)組正常 運(yùn)行時(shí)，針對(duì)高壓轉(zhuǎn)子軸承失穩(wěn)，可 以通過更改調(diào)門 進(jìn)汽方式改變故障軸承的載荷；對(duì)于低壓轉(zhuǎn)子兩側(cè)軸 承，可以通過調(diào) 整凝汽器 真空及 排汽溫 度來實(shí) 現(xiàn)軸承 的載荷調(diào)整；對(duì)于軸承箱溫度偏高導(dǎo)致的軸承失穩(wěn)，也可以調(diào)整軸封漏氣量，以免箱體溫度過高影響軸承 標(biāo)高；停機(jī)后，可通過調(diào)整對(duì)輪中心及軸承下部墊片 等方式，達(dá)到調(diào)整軸承載荷的 目的。通化熱電 2號(hào)機(jī) 組振動(dòng)故障，停機(jī)后通過調(diào)整軸承標(biāo)