汽轮机轴承座不稳定振动故障分析

沈国栋，洪久安，段宗伟

（安徽淮南平圩发电有限责任公司，安徽 淮南 232089）

一段时间以来，某厂一台600MW汽轮发电机组正常运行中高中压转子轴承座振动不稳定，出现了比较异常的低频抖动现象。对该机组发生的振动现象进行了测试，分析了故障原因，并进行了治理，取得了比较好的减振效果。

1 机组结构

该机组为超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽凝汽式汽轮机，额定负荷为600MW。汽轮机由高中压转子、低压转子Ⅰ、低压转子Ⅱ、发电机转子和励磁机短轴组成，其中发电机励磁机短轴为三支撑结构。汽轮发电机组由9个径向轴承支撑，前6个轴承均为可倾瓦轴承。高压转子两侧轴承采用落地式轴承座，低压Ⅰ转子和低压Ⅱ转子两侧4个轴承采用座缸式设计，发电机转子两侧轴承采用端盖式轴承座。机组轴系布置如图1所示。机组在x和y方向上各装了一个轴振测点，在顶部安装了一个轴承座振动测点。

图1 600MW汽轮发电机组轴系布置图

2 机组振动情况

2.1 振动趋势图分析

图2给出了正常带负荷运行状态下高压转子两端轴振和轴承座振动随时间变化趋势。从图中可以看出，高压转子两侧轴振比较稳定，波动幅度较小。2号轴承座振动在10～40μm之间大幅度波动，和DCS上显示的振动不稳定情况相似。2号轴承座振动通频值波动过程中，工频值比较稳定。2#轴承座振动波动具有随机性，与负荷等运行参数之间的关系不大。

图2 正常运行状态下高压转子振动趋势

2.2 振动频谱图分析

图3给出了高压转子两侧轴振测点频谱图。高压转子轴振以工频分量为主，含有少许二倍频等高倍频分量，低频分量很小。

图3 高压转子两侧轴振频谱图

图4和图5给出了振动波动时高压转子两侧轴承座振动频谱。振动小时，两侧轴承座振动信号以工频为主，含有少许低频和高倍频分量；振动大时，两侧轴承座信号中工频已不是主导分量，频谱中含有大幅度的低频分量，低频频率近似为6．26Hz，相当于1/8倍的转动频率。

从频谱图上可以看出，引起2瓦振动不稳定的主要原因是低频（6．25Hz）。低频出现后，振动变大；低频消失后，振动变小。振动波动和不稳定突出表现在2#轴承座上，受其影响，不稳定振动现象在1#轴承座上也有所表现。

图4 振动小时高压转子轴承座振动频谱

图5 振动大时高压转子轴承座振动频谱

2.3 振动波形分析

图6和图7给出了振动大和振动小时1#轴承座和2#轴承座振动波形。从图上可以看出，振动小时信号相对平稳，振动大时信号呈现“抖动”特征，含有较大幅度的低频分量。

如以8个周期内振动峰峰值为依据，2#轴承座振动波动时的实际振动值远高于DCS显示值。以图5为例，振动大时，2#轴承座振动达到85μm，1#轴承座振动达到30μm。

图6 振动大时高压转子轴承座振动波形

3 不稳定振动原因分析

3.1 低频分量来源分析

2瓦不稳定振动主要是由于6．25Hz低频分量所引起的，出现该频率分量比较异常。虽然轴承座振动波动时，轴振没有波动，但因1#轴承座和2#轴承座上都出现了同样的振动现象，初步判定振动信号是真实的。

图7 振动小时高压转子轴承座振动波形

大容量超临界汽轮机高压转子容易发生因汽流激振而诱发的不稳定低频振动，但是频率大多为半频（25Hz）或高压转子一阶临界转速所对应的频率，不可能这么低。轴承油膜失稳也会产生较大的低频振动。和汽流激振一样，低频分量的频率不可能如此低。

根据上述分析，可以初步排除由于汽流或油膜引发的不稳定低频振动的可能性。

3.2 轴承结构分析

该机组2#轴承座采用四瓦可倾瓦结构。可倾瓦轴承由4块浇有巴氏合金的可倾轴承瓦块、轴承体和轴承壳及其它附件组成。4块可倾瓦独立，互不相通，2个下瓦块承受轴颈的载荷，2个上瓦块使转子运行稳定。各瓦块均用球面调整垫块支撑在轴承体上，调整垫块球形表面与位于各瓦块中心的内垫片接触，允许瓦块转动，并与轴颈自动对中。调整垫片的平面边紧贴被研磨成所需厚度的外垫片，以保持适当的轴颈间隙。轴承体设计制造成对分的两半，在中分面处用轴承体定位销连接，并被嵌入轴承座和轴承盖的槽中。在进行部件组装时，各瓦块借助靠近其端部的临时螺栓定位，以便在装运和现场装配时保持原有位置。为了防止轴承上半部分2个瓦块进油边与轴颈摩擦，将该处的乌金刮去一部分，形成一进油槽，可倾瓦块通过柱销与壳体相连，并在这2个瓦块出油边安装弹簧，以起到减振的作用。

如果2#轴承座上半可倾瓦背后的弹簧断裂，弹簧失去约束效果后，可倾瓦块的摆动幅度就会较大。当瓦块摆动幅度超过轴承间隙后，就会导致瓦块的出油边与转轴发生碰擦，导致振动。瓦块与轴碰擦后，就会反弹，脱开接触，振动又可能减小。如此反复，极有可能出现这类不稳定振动。

3.3 故障治理建议

根据上述分析，决定进一步监测2#轴承座瓦振波动现象变化趋势，同时制定好故障处理预案。在正常运行和低转速下，监听2#轴承座处是否有可倾瓦块与轴碰撞发出的异音。如有停机机会，可重点检查2瓦可倾瓦背后的弹簧是否断裂以及2#轴承工作状态等。

3.4 机组检查结果

机组又运行一段时间后，振动不稳定现象进一步加剧，振动波动的幅度增大，决定利用停机机会检查。停机过程中，2#轴承座处听到了比较明显的“哒哒哒”碰撞声音。打开轴承检查，发现上瓦块背后的弹簧断裂，瓦块出油边与轴颈碰撞后导致乌金局部出现多处碎裂。更换2#轴承可倾瓦块背部弹簧后再次开机，低频振动分量消失，振动一直比较稳定。

4 结语

针对某台汽轮发电机组上发生的轴承座不稳定振动问题进行了研究，发现低频振动是由于可倾瓦与转轴碰撞所引起的。这种发生在轴承座上的低频不稳定振动现象在大型旋转机械上发生得比较少，本文研究结论可供今后其它机组检维修分析工作参考。