300万吨/年重催主风机组汽轮机振动原因分析及解决措施

摘要：300万吨/年重油催化裂化装置是兰州石化分公司的关键装置，而四机组又是该装置中的关键设备，本文主要论述了四机组中的重要设备汽轮机的振动原因、故障分析及解决措施。

关键词：汽轮机 四油楔轴承 油膜涡动 对中 对中曲线

1.概述

300万吨/年重油催化裂化装置是兰州石化分公司的关键装置，而四机组又是该装置中的关键设备，其中YL-33000烟气轮机是目前世界上单机膨胀比最大的烟机，机组的运行状况与装置的经济效益紧密相连，烟气轮机因为入口管线问题不能正常使用，如果汽轮机因为振动偏高造成三机组不能正常运行，将大大提高石化公司的能源消耗，同时经济效益不能得到保证。因此处理汽轮机的振动迫在眉睫，通过我们的正确分析，故障一层一层排除，最终振动消除，恢复机组正常运行。

2.故障基本情况

2008年11月3日，300万吨/年重油催化裂化四机组中因为烟气轮机入口管线问题进行检修，决定开三机组，但是在空负荷试车的过程中发现汽轮机进口端轴瓦（3721点）振动偏高，且随着转速升高，振动呈上升趋势，且振动不稳定，转速升高到额定转速下时，振动值时高时低，振动值最高达到70um，现场采取提高油压、降低油温等措施，但是振动幅值仍然很高。经过监测确定， 0.45倍工频和2倍工频的振动幅值较大，很明显是转子油膜失稳造成油膜涡动和机组对中不良引起的，汽轮机的轴瓦为四油楔径向滑动轴承，查阅大量的资料表明，多油楔轴承稳定性和承载能力是比较高的，但为何会发生油膜失稳导致油膜涡动呢？下面从轴承的承载能力及流体动力学方面的予以分析。

振动的频谱图如下：

3.故障分析

(1)轴承载荷特性系数

轴承载荷特性系数如下式(1)所示，它表明轴承承载是轴承偏心率和宽径比的函数。载荷特性S=PmΨ2/ηω (1)

其中：Pm为轴颈比压，Pm=F/BD；F为轴承载荷，B为轴承宽度；D为轴颈直径，Ψ为轴承相对间隙，Ψ=δ/D；δ为直径间隙，η为油特性系数；ω为旋转角速度。

以汽轮机为例，其转子重量为3500Kg，轴径D=0.2m,轴瓦宽B=0.1 m，径向轴瓦为四油楔轴瓦，半径方向最大轴瓦顶隙0.17mm，最大轴瓦侧隙0.23mm，迭代得出四油楔轴瓦相对间隙Ψ=0.46/200=0.0023，工作时油动力特性系数η=0.02PaS,工作转速3720r/m,代入式（1）得出汽轮机径向轴承的特性系数为：S=0.16

由此可见,重催汽轮机载荷特性系数S

（2）轴径由于轴承的承载能力降低，使得轴颈与轴承的接触角发生变化，正确的接触部位两瓦快靠近中部位置，这时轴瓦油膜最稳定，由于轴颈处油膜形成不稳定，导致轴颈出现磨损痕迹。

（3）机组对中误差较大

4.轴及轴瓦的处理过程

1.轴颈的处理过程

用晶相砂子将轴上拉毛的痕迹进行处理，提高了轴颈的光洁度，将轴瓦个别地方的高点用三角刀进行刮研，增加了轴瓦与轴的接触面积，有利于油膜的形成，提高轴瓦的承载能力。另外轴瓦在检修前后的间隙值并没有多大变化，且都在标准之内（顶间隙：0.30—0.358mm）。

2.油膜涡动产生机理

汽轮机转子除了受到不平衡离心力作用而发生受迫振动外，在转子系统的内部，也有可能强烈的激振因素，也就是说，轴承如果存在缺陷，油膜力会推动转子发生涡动，这就叫油膜涡动或者油膜自激振动，油膜涡动的主要特点是涡动频率大约为转子工作频率的0.42—0.5倍，在一定条件下，转子虽已失稳，但轴颈可能只在一个很小的范围内涡动，即涡动的振幅很小，从机器的运转角度来看，它仍然是平稳的，但是随着转速升高，涡动会逐渐加剧，最严重的是工作转速在2倍的一阶临界转速附近，此时涡动角速度等于转子的第一临界转速角速度，会发生共振性振荡，造成油膜振荡。

3.油膜涡动的消除措施

从本次汽轮机上瓦上的小孔进行分析，该孔的存在对油膜的形成有着至关重要的作用，它将破坏汽轮机正常运行时油膜的形成，但是从厂家提供的技术资料上查明该孔是用于装热电偶所用，但是仪表上并不需要在该处装热电偶，而且与该孔对应在轴承箱盖上的孔也是被堵死的，另外该轴承为四油叶轴承，径向进油，轴向回油。很明显该孔在此处的设计是多余的。该孔的存在从理论上分析将会对油膜的形成造成很大的影响，由于机组运行正常后，所形成的油膜压力远远大于轴承箱中的油压，由于该孔的存在，对轴承面上的高压油膜存在卸压作用，造成轴承面上的高压油膜被破坏，始终形成不了稳定的油膜，使得转子在运行过程中受到的油膜力不稳定，振动频谱图上表现为油膜涡动。经过仔细分析，决定将该孔堵住，以便形成稳定的油膜。

5.结论

经过以上处理，汽轮机于2008年11月6日空负荷试车，振动值由原来的70um降到25um，带负荷试车后振动无异常变化，故障消除。说明本次检修中采取的方法是正确的。

参考文献;

[1]《化工机器》主编：张磊 2009年7月 化学工业出版社

[2]《石油化工设备维护检修技术》编者：本书编委会 2008年3月 中国石化出版社

[3]《工程流体力学》作者：黄卫星 2011年6月 化学工业出版社

[4]《机械设计手册》作者：闻邦椿 2010年1月 机械工业出版社