油膜振蕩導致給水泵汽輪機振動大分析與處理

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汪傑斌1，章遐林2，王啟3

1.蕪湖中電環保發電有限公司，蕪湖，241000；

2.國投宣城發電有限責任公司，宣城，242052：

3.神皖安徽池州九華髮電有限公司，池州，247103

0 引言

某發電公司300MW燃煤發電機組配備的給水泵汽輪機為哈爾濱汽輪機廠製造的單缸、單流、整鍛單軸、衝動式、純凝汽、新汽內切換式變參數、變功率、變轉速汽輪機，其轉子臨界轉速:一階:2550 r/min；二階：12200r/min。給水泵汽輪機是大型火電廠關鍵輔助設備，它的安全經濟運行對火電廠來說是至關重要的，給水泵汽輪機跳閘機組輕則要降出力運行，甚至造成鍋爐斷水燒乾鍋，所以必須引起足夠的重視。引起汽輪機振動的原因是多方面的，有設計、製造、安裝、運行調整、檢修等等，汽輪機振動故障診斷一直是困擾火電企業的難題。本文就該發電公司1B給水泵汽輪機軸承振動大跳閘原因進行分析，並針對原因採取相關防範措施。

1. 事件概述

2006年5月5日11：18：36，＃1機組負荷310MW，A、B汽動給水泵運行，轉速分別為5165r/min、5159r/min，電動給水泵備用，聯鎖保護、搶水保護投用。11：25：29,發生B汽動給水泵跳閘，C電動給水泵未聯啟，手動強啟C電動給水泵，控制汽包水位，11：26：00,A汽動給水泵在C電動給水泵啟動過程轉速升至最高5450r/min，11：26：36水位最低下降－310mm後開始回升，經事後檢查B給水泵汽輪機前軸承振動大造成振動保護動作跳機，其它三個軸承振動都有明顯增長。各瓦金屬溫度、供油壓力、供回油溫度、軸向位移、脹差等參數均未見異常。

2006年5月5日14：26：10，＃1機B汽動給水泵重新啟動試轉，檢查未見異常，振動情況正常。16：48分B汽動給水泵併入系統，退出C電動給水泵運行。

2006年5月18日17：24：55，＃1機組給水RB試驗，負荷270MW，A、B汽動給水泵運行，C電動給水泵備用，聯鎖保護、搶水保護投入，按照試驗方案手動打閘A汽動給水泵，C電動給水泵聯啟，汽包水位控制正常.。當按試驗方案手動打閘A汽動給水泵，C電動給水泵聯啟正常，但B汽動給水泵由於給水流量下降，轉速上升至5370r/min,，B給水泵汽輪機前軸承振動振動迅速增加至0.125mm，振動保護動作跳閘，給水RB動作正常，減負荷至160MW。

2. 原因分析

2006年5月5日#1機B給水泵汽輪機跳閘前後振動參數對照表如下。

#1機B給水泵汽輪機跳閘時其它相關參數如下：

潤滑油壓力：0.20MPa；潤滑油溫度：40.14℃；凝汽器真空：-92.24kpa；B小機前軸承溫度：52.97℃；B小機軸向位移：－0.35mm；B小機低壓進汽壓力0.73MPa;B小機高壓進汽壓力17.02MPa。

#1機B給水泵汽輪機除軸承振動以外，其它參數沒有任何異常。1B給水泵汽輪機在5200r/min以下狀態工作情況良好，轉速在5300r/min失穩，引起共振，振動是由1B給水泵汽輪機前軸承向後三個軸承輻射的，應屬於典型的軸瓦自激振動。

上面表格中紅色參數是1B給水泵汽輪機正常運行時前後軸承振動數值，在2006年5月5日11:25:20,#1機B給水泵機轉速上升5294r/min時振動增加，前軸承X向：42.38μm，Y向：29.12μm，後軸承X向21.78μm，Y向：25.73μm，穩定7秒鐘，11:25:28，1B給水泵汽輪機前軸承振動突增，後軸承和B汽動給水泵前後軸承振動相應增加，11:25:29，1B給水泵汽輪機前軸承X向振動達到振動保護振動值，振動保護動作，1B汽動給水泵跳閘，11:25:30，振動達最大峰值，而後隨轉速下降，振動迅速減小。

通過以上分析可見，當汽輪機轉速高於2倍一階臨界轉速時發生的軸瓦自激振動，稱為油膜振蕩。軸承載荷小或偏心率小的轉子，容易發生油膜振蕩，工作轉速高於2倍一階臨界轉速的轉子容易發生油膜振蕩。油膜振蕩故障的發生和消失具有突然性，並具有慣性效應，即升速時產生振蕩的轉速比降速時振蕩消失的轉速要大。油膜振蕩故障發生時，油膜經歷了破壞一建立一破壞一建立……這樣的反覆過程，軸頸和軸承不斷碰磨，產生撞擊聲，軸瓦內油膜壓力有較大波動。發生油膜振蕩時，轉軸跳動非常劇烈，而且往往不是一個軸承或相鄰的軸承，而是整個機組的所有軸承都出現激烈的振動，在機組附近還可以聽到「咚咚」的撞擊聲，振動頻率與一階臨界轉速接近，引起共振，振動表現強烈。

調閱歷史數據，從歷次開機歷史數據可以證明1B給水泵汽輪機轉子實際一階臨界轉速大概在2650 r/min左右，包括後來請電科院專家為1B給水泵汽輪機測的振動發生時的振動頻譜，其頻譜特徵也基本與軸瓦油膜振蕩的頻譜特徵相吻合，即軸瓦發生油膜振蕩時，其振動的主要頻率成分的頻率近似地等於該轉子系統的第一臨界轉速頻率，對於油膜振蕩故障，還可以從振動信號中提取如下徵兆：即振動的（0.8-1.0）倍頻成分較大。從＃1機組啟動至今，由於循環水溫度低，機組真空較高，帶最大負荷時，汽動給水泵轉速都在5200r/min以下，所以1B給水泵汽輪機均未發生過跳閘。

綜上所述，1B給水泵汽輪機振動現象與汽輪機軸承油膜振蕩特徵相吻合。通過2006年5月5日1B給水泵汽輪機跳閘現象和歷史記錄數據分析，所以我們認為1B給水泵汽輪機振動保護動作跳閘是由1B給水泵汽輪機軸承油膜振蕩引起的。

3. 防範措施

油膜振蕩的危害性是很大的。為了防止和消除油膜振蕩，在電廠一般可以推薦採取以下措施：

1)增加軸承比壓。增加軸承比壓就是增加在軸瓦單位垂直投影面積上的軸承載荷，從而提高軸承工作的穩定性。增加軸承比壓最方便的辦法是調整聯軸器中心。這種方法的缺點是高速的幅度有限，只適用於剛性和半撓性聯軸器附近的軸瓦。在現場應用最多的方法是縮短軸瓦長度，即降低長頸比。

2)降低潤滑油的粘度。最簡單易行的辦法是提高軸瓦進油溫度。

3)減少軸瓦頂部間隙，擴大兩側間隙。這個措施就是增加軸承的橢圓度。

4)增大上瓦的烏金寬度，以便形成油膜，增加軸瓦穩定性。

5)換用穩定性好的軸瓦，例如用可傾瓦。

6)充分平衡同相的不平衡分量。

電廠消除油膜振蕩基本原則都是圍繞提高軸瓦的工作穩定性和減小轉軸對軸承的擾動力這兩個方面來措取措施的。

通過追蹤1B給水泵汽輪機跳閘發生、發展的全過程，全面審視各項操作和抄表記錄，研究、分析了振動變化誘發因素和運行操作的合理性與安全性，特提出以下防範措施：

運行方面，加強對＃1機B給水泵汽輪機的振動監視，＃1機B給水泵汽輪機運行時控制轉速在5200r/min以下；聯繫熱控專業，在邏輯中限制1B給水泵汽輪機轉速最高5200r/min；＃1機B給水泵汽輪機運行轉速超過5100r/min，做好1B給水泵汽輪機跳閘事故預想；提高1B給水泵汽輪機軸瓦進油溫度。

檢修方面，加強對1B給水泵汽輪機測振及分析，提出改造方案；停機檢修：對＃1機B給水泵汽輪機前軸承檢查，調整軸瓦頂部間隙，將其頂部間隙減少至軸頸直徑的1.2‰-1.5‰，同時刮大軸瓦兩側間隙或將上瓦的烏金加寬，由此可以顯著增加上瓦油膜力，提高軸瓦偏心率，增加軸瓦穩定性，消除油膜振蕩。

通過以上運行與檢修技術措施的執行，特別是檢修技術措施的實施，徹底消除了＃1機B給水泵汽輪機軸承油膜振蕩。實踐證明是成功的。

4. 結束語

本文對一起給水泵汽輪機由振動大引起的跳閘事故進行了分析，並提出技術措施和改造方案，實踐證明是可行的。汽輪機組振動的原因是非常複雜的，不是一兩個實例就能搞得很清楚。給水泵汽輪機組是火電廠的重要輔機之一，是用於驅動鍋爐給水泵的原動機。給水泵汽輪機組是一個機、電、液耦合在一起的複雜系統，在高轉速、高應力狀態下，部件承受的載荷大，且常常承受各種交變應力的作用。一旦給水泵汽輪機發生振動跳閘事故，輕則機組降出力運行，重則造成機組非計劃停運的嚴重後果。所以，汽輪機發電機組的振動故障診斷問題歷來受到有關的科研機構、企業和管理部門的重視。實踐運行過程中汽輪機異常振動時常發生。希望本文的分析實例對同類型給水泵汽輪機有借鑒作用，但由於水平所限以上分析難免存在許多不足，該分析僅供參考。

參考文獻：

[1] 李錄平汽輪機組故障診斷技術中國電力出版社 2002年1月第1版

[2] 施維新汽輪發電機組振動及事故中國電力出版社 1999年1月第2版

[3] 傅正祥汽輪機設備運行中國電力出版社 1997年2月第1版

作者簡介：

汪傑斌（1974-），男，本科，工學學士，高級工程師，中國電機工程學會會員，安徽特種設備檢測院培訓中心專家庫專家，研究方向：火電廠集控運行優化和環保發電技術研究。

備註：本文發表於《電力安全技術》2011年第10期，

原文標題：給水泵汽輪機振動大跳閘原因分析及防範措施

轉載自汽機監督

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