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1、第 55 卷 第 3 期 2013 年 6 月 汽 轮 机 技 术 Vol 55 No 3 Jun 2013 TU BINETECHNOLOGY 大 型 电 站 机 组 油 膜 振 荡 故 障 研 究 分 析 宋光雄，宋君辉，梁会钊，张亚飞，张 煜 ( 华北电力大学能源动力与机械工程学院，电 站设备状态监测与控制教育部重点实验室，北京 102206) 摘要： 大型电站机组轴承油膜振荡是现场常见的故障 之一，处理 不当可能 引起严 重后果 。通过案 例对故 障发生转 子、故障轴承及故障原因进行统计分析，从轴 系扰 动和轴 瓦稳 定性两 方面 总结归 纳了 油膜振 荡故 障的具 体原 因。 从低频
2、振动频率、低频振动幅值、与运行参数的关系及其它相关特征分析了油膜振荡故 障特征，并对低频 振动中心 频率、振动幅值及波动情况进行统计分析，进一步根据故障原因总结了故障处理措施，为大型电 站机组油 膜振荡故 障诊断提供依据 ，以便为机组的安全运行提供参考。 关键词： 大型电站机组； 油膜振 荡； 故障原因； 故障特征； 处理措施 分类号： TK263 6 文献标识码： A 文章 编号： 1001-5884（ 2013） 03-0161-07 Studies and Analysis of Oil Whip in High Capacity Turbine Generator SONG Guang
3、-xiong， SONG Jun-hui， LIANG Hui-zhao， ZHANG Ya-fei， ZHANG Yu （ Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment of Ministry of Education， School of Energy， Power and Mechanical Engineering， North China Electric Power University， Beijing 102206， China） Abstract： Oil whip w
4、hich may cause serious consequence is one of the common faults in large power station units This paper listed the domestic oil whip typical cases， through these oil whip cases， studied for faults rotors， fault bearings and fault causes with statistical analysis， summarized the reasons of the oil whi
5、p from shaft neck too disturbance and bearings too stability combined with statistical analysis， and analyzed the vibration features from low frequency， low frequency vibration amplitude， the relationship of operation parameters and other related features， and studied for the low frequency vibration
6、 center frequency， vibration amplitude and fluctuations with statistical analysis， then given failure treatment measures according to the fault reasons Based on the analysis， this paper presents the base for fault diagnosis of the oil whip， providing technical references for the safe operation of th
7、e oil whip in large power station units Key words： large power station unit； oil whip； fault reasons； vibration feature； processing measure 0 前 言 1 油膜 振荡故障案例分析 在 大型电站机组振动中，油膜振荡 故障是比较 常见的故 障之一 。由于机组 在设计时轴系稳定性不足 、机 组检修和安 装误差 、检修质量差、轴承稳定性差以及运行 参数不适 等，都 会导致机 组油膜振荡 故障 发生。同 时油 膜振荡 故 障 是一种 突发性 、不稳定性的 剧烈振 动
8、，还会 造成轴 承和 轴系部 件的 疲劳、松动，严重时 会导 致轴瓦 磨损 或烧毁 甚至 是轴系 被破 坏等严重 事故。 从 油膜振荡的机理 出发，结合 故障 案例统 计分 析，了解 它的故障 特征和诊断方 法，掌握 防治对 策，对提 高关键 机组 安全运行 周期、避免 突发事 故具 有重要 意义，也 是企业 提高 设备管理 水平、避免重大经济损失的有效途径之一。 本文根据大型电站 机组油膜振荡故障案 例统计，分析了 油膜振荡 故障发生的原 因、振动 特征，并 根 据分 析结 果提出 了轴承油 膜振荡故障处理措施，为大型 电站机组安 全运行提 供技术参 考与借鉴。 收稿日期： 2012 -11
9、-08 油膜失稳故障一般分为油膜涡动和油 膜振荡两个 过程。 转 子转速在两倍转子 第一临 界转 速之下 时，发生 油膜涡 动， 频 率为同步转速的一 半，又 称半 速涡 动； 当 转速 超过第 一临 界 转速两倍之后，涡 动频率 与第 一临 界转速 相重 合，发 生共 振 ，这种现象称之为油膜振荡。油膜 振荡在两种 运行状态下 发 生，一种是在升速 过程中，转 速到 达某一 值后 低频振 幅突 变 ，如图 1（ a） 所示。另一种是在机 组工作转速 下发生，由于 稳 定性裕度不足，扰动引起油膜 失稳，如图 1（ b） 所示。油膜 振 荡故障两种运行状态案例统计，如图 2 所示。 从油膜振荡故
10、障案 例统 计分析 中可 以发现，高 压转 子、 低压转子以及发 电机转子都出现过油膜振荡 故障，尤其以发 电 机转子最为严重，统 计如图 3 所 示。作为 比较，同为 轴系 自 激振动的汽流激振故 障则都 发生 在汽轮 机组 的高压 转子 或 高中压转子上，汽流激振故障案例统计如图 4 所 示。 轴承稳定 性的高低直接影响到轴承的正 常工作，统计分 基金项目： 国家自然科学基金资助项目 （ 51075146） ； 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目。 作者简介： 宋光雄（ 1973-） ，男，吉林延吉市人，副教授，硕士生导师，主要从事发电设备状态监测与故障诊断方面的研究。 162 汽 轮
11、 机 技 术 第 55 卷 图 1 失稳过程 图 2 故障发生转速统计 图 7 发电机转子故障原因分析 图 3 油膜振荡发生故障转子统 计分析 图 8 油膜振荡故障原因分析 图 4 汽流激振发生故障转子统计分析 油膜振荡案例分析可知，引起油膜 振荡的重要 原因之一 是 转轴运行扰动过 大。转子 热弯 曲、轴系联 接、轴承座 动刚 度 过大等问题都可能引发油膜振荡的扰动。 1 1 转子热弯曲 析油膜振荡案例，现场 使 用的 4 种支 持轴 承 （ 可 倾 瓦、椭圆 瓦、圆筒瓦和三油楔瓦） 都出现过油膜振荡 故障，但 圆筒瓦和 三油楔瓦 的故障率比较高，主要是这两 种轴承的稳 定性相对 差一些，油
12、膜振荡案例中故障轴承统计分析如图 5 所示。 图 5 油膜振荡案例故障轴承统计 根据近 10 年油膜振荡工作案例（ 见表 1 中 1 20） ，对油 膜振荡故障原因 、发生转子和故障轴 承进行了 统计分析。油 膜振荡故 障的 主要原因统计，如图 6 所示。 图 6 油膜振荡故障原因统计 从上述油膜振荡故 障案例统计分析中得 知，故 障发生在 发电机转子上为最多，发生 在发电机 转子的 故障原 因如图 7 所示； 其次是低压转子，发生在低压转子上的故障原因主要 包 括轴承负载偏低、标高变化、轴系不对中及轴瓦稳定性差等。 根 据油膜振荡故障案例结合 图 6 总结得出，引起油膜振 荡故障的 主要原因
13、可以 从轴系 扰动 和轴承 稳定 性两方 面分 析，油膜振荡具体原因分析如图 8 所示。 当机组有功负荷增 大时，突然 发生 油膜振 荡，而且 与机 组有功负荷或励 磁电流有着一定的对应关系，这种 现象大部 分是因为转子发 生了热 弯曲。如 某热 电总厂 0 号 机组 及 某 发电厂捷 VK 25 机组 都 是由 于转 子发 生热 弯曲 导致 出 现油膜振 荡事故； 某电 厂 6 号 机组由 于油膜 无法形 成，导 致 热弯曲引发油膜振荡 。 1 2 轴系联接 转子不对中、对轮偏心联接、联接松动等轴系 联接问题， 进 而引发油膜振荡。某电厂 1 号 200MW 机组振 动因转子不 对 中而造成
14、油膜失稳故障以及 2 号机组 低压 /发 电机对轮偏 心 联接及半挠性联轴器 与低压 转子 联接松 动而 造成油 膜振 荡 。如某厂 2 号机组 在并网 过程 中由 于热态 轴系 中心状 况 变化造成较大的扰动而引起油膜振荡故障 。 1 3 轴承座动刚度过大 从减小轴瓦振 动 角度 来看，希望 轴承 座 动 刚度 越 大越 好 ，但是这会引起转 轴相对 振动 的增 大，对 轴瓦 稳定运 行不 利 。因此对于 一些转子质量较小的汽轮机高 压转子来 说 ，其 轴 承座动刚度往往显 得过高，在 较大 的不平 衡力 作用下，轴 承 振动虽然不大，但转轴因存在过大的 振动而易激 起油膜振 荡 的趋势。如
15、某电厂 因轴系 支撑 系统存 在缺 陷，对 轮瓢 偏、 转 轴晃度过大，致使机组产生强烈的油膜振荡故障 。 1 4 轴瓦间隙不适 在机组运行中，轴 瓦顶 隙过大 会显 著降低 轴瓦 稳定 性， 在转轴振动较大 时，顶隙过大更容易 引起油膜 振荡。轴瓦顶 隙 过大会显著减小上 瓦的油 膜力，降 低了轴 瓦的 预载荷，使 第 3 期 宋光雄等： 大型电站机组油膜振荡故障研究分析 7 12 163 轴瓦偏心率降低 ，稳 定性 下降。如 某发 电厂小 汽轮 机 5 8 、某 致 油膜振荡发生 ； 某厂 1 号 300MW 机组 由于冷热 态标高 18 厂2 号 125MW 机组 以及某发电厂 1 号机
16、组 都是由于轴 变 化发生油膜振荡 。 承顶隙过 大，使得轴 承稳定 性变 差而出 现油 膜振荡 故障； 某 老式机组 因轴承顶隙过大导致油膜振荡故障 。 1 5 轴瓦型式不当 在 统计的油膜振荡案例中，涉及 的 故障轴瓦包 括圆筒形 瓦、椭圆瓦、三 油楔瓦 和可 倾瓦 4 种。经验 认为，可 倾瓦、三 油楔瓦、椭圆瓦和圆筒形瓦稳定性依 次降低。椭 圆形瓦比圆 筒形瓦稳定性好，是由于其上瓦能形 成有效的油 膜。可倾瓦 失稳主要原因是间隙过大 和载荷太轻，因此减小间 隙和增大 载荷，能有效消 除轴 瓦油 膜振 荡发 生。如 某厂 2 号 125MW 机组油膜振荡故障 和某电厂首台 200MW 机
17、组出现油膜振 荡故障 等都是由轴 承稳 定性 差引 起的； 某 单轴 燃机 由油 膜涡动发 展 成 为 油膜 振 荡 故 障也 是 由 轴承 稳 定 性 差造 成 的 。 1 6 轴承过度磨损 轴 承过度磨损相当于偏心率过小，易引发 油膜振荡。如 某燃机电 厂 9E 级燃气轮 机因发 电机 前后轴 瓦磨 损过大，导 2 2 1 故障 特征 通过归纳整理油膜振荡案例，故障特征如图 9 所示。 图 9 油膜振荡故障特征分析 低频振动频率特征 统计分析油膜振荡案例，低频振动 中心频率统 计分析如 致过大间 隙而降低轴瓦稳定 性，致使发生油膜振荡 1 7 轴承承载过小 。 图 10 所示。可以发现油膜
18、振荡中心频率振动范围在 15Hz 27Hz之 间，尤以 25Hz 为 最常见 。如我 国首台 9F 单 轴燃机 油 膜振荡频谱如图 11、图 12 所示， 3Y、 4Y 振动的 24Hz 低频 在 运行过程中，由于机组的热变形，以及受真空 度变化、 地基不均 匀下沉等因素 影响，转 子在轴 承油 膜中浮 起，导致 轴系对中 情况发生 变化，引起 标高 产生起 伏。因 此，在 热态 下，机组轴承负荷将重新分配，有可能个别轴 承负荷偏低，从 而导致油 膜振荡发生。 如某燃 机电 厂的燃 机发 电机 因基础 下沉导致 轴承载荷降低而引起油 膜振荡 故障 。如 某电厂 汽轮机转 子因 3 号轴承负载偏
19、 低造成油膜振荡故障 。 1 8 润滑油黏度过低 润 滑油黏度增大会 使转 子的相 对偏 心率 减小。在 同样 扰动下，轴承的失 稳可 能性增 大，轴瓦稳 定性 降低。影 响油 黏度的因素有油质 、油的牌号和油温 。油中含水 以及油的劣 化，都会使油黏度 降低。如某电厂 6 号机 组两次因油温过低 使润滑油 黏度过高而出现油膜振荡现象 。 1 9 轴承长径比 减 小长径比可以提 高轴 瓦稳定 性。在 一定的 轴颈 直径 下，减少轴瓦长度，一方 面可以使比压提高，从而提 高轴瓦稳 定性； 另一方面则可 以使下 轴瓦 油膜力 减小，轴 瓦偏心 率增 大，稳定 性提高。如 某电厂 1 号 300MW
20、 机组 由于轴 瓦宽度 超标使轴 承长径比过大导致油膜 振荡故 障 。如国 产第一 台 QFSS 发电机由于 轴承长径比偏大造成油 膜振荡故障 。 如我国某发电厂 1 号机 油膜振 荡故 障的原 因分 析为发 电机 轴承长径 比偏大 。 1 10 轴承座标高的变化 在 机组运行过程中，轴系的各轴承 座特别是汽 轮机轴承 座的标高 将发生较大 变化。尽 管在 冷态下 各轴 瓦载 荷分配 合理，但在运行状态 下轴系 中某 几个轴 瓦载 荷可能 过低，使 其因比压 降低而失稳。在轴承处于失稳边缘 时，轴 承座标高 变化 会直接 导致失 稳。如某二 电厂 1 号 300MW 机组，由于 轴承标高 变化
21、引起轴系不对中、运行参 数变化导致 轴承稳定 性下降，引起轴承油膜振荡 ； 某燃 机电厂 35MW 燃 气发电 机组由于 轴承标高变化 、发电机 对中 不良、轴承 载荷 降低导 分 量明显超过了工频分量 。如 某热电厂 2 号机 组发生油 膜 振荡时 3 号轴承 的瀑 布图以 及频 谱图，频率 都在 25Hz 左 右 ，如图 13、图 14 所 示 。油 膜 振荡 频率 接近第 一临 界转 速 频率，且不随转速变化，如图 13 所 示，当发 生油膜振 荡时， 随 着转速的升高，振动频率仍保持在 25Hz 不变。 图 10 油膜振荡低频振动中心频率统计分析 图 11 油膜振荡时 3 Y 频谱图
22、2 2 低频振动振幅变化 （ 1） 振幅瞬间突然增大 油膜振荡振动具有突发性，振 动变化前无 明显征兆。如 某 台 75MW 老式机 组油 膜 振荡 故障 时，当 机组 转 速升 速至 9 5 10 21 11 12 13 14 15 16 28 17 22 23 164 汽 轮 机 技 术 第 55 卷 图 12 油膜振荡时 4Y 频谱图 图 16 振动突发时的轴振动趋势图 图 13 3 号瓦振动瀑布图 图 17 4 号轴承振动频谱图 图 14 3 号瓦振动频谱图 图 18 油膜振荡故障下的幅值谱 3 000r / min时， 1 号轴承振 动 1 /2 倍频 分量急 剧增 大，且此时 振荡
23、频率 与汽机的一阶临界转速频率接近，如图 15 所示 。 如某发电 厂 1 号机组 在转 速升 至 3 000r / min后，机 组振 动突 增， 3 号轴承座垂直振幅剧增 。如 图 16 所示为某燃气轮机 的发 电机 在转速 上升 至 2 700r /min以上 时，振 动突 发 ； 如 某热电厂 50MW 机组在带 负荷过 程中 出现油 膜振 荡。几乎 所有的案 例油膜失稳故障都具有振动突发性。 图 19 油膜振荡故障案例振幅最大值统计分析 图 20 汽流激振低频振 幅的最大值统计分析 图 15 在 3 200r /min 下 1 号轴承垂直振动频谱图 发 生油膜振荡时，低频 振幅值 急
24、剧 提高，低频 振幅 与工 频振幅比 值可达到 2 0 10 0。图 17 为某 电厂 35MW 燃气 发电机组油膜振荡 4 号轴承振动 频谱图，低频振动 幅值与工 12 图 21 油膜振荡故障案例 振幅波动值统计分析 频幅值之比为 6 。图 18 为油 膜振 荡故障 的振 动频谱，低 25 200m 所占比例接近一半，而油膜振荡振幅最大值 分布较分 频振动幅值与工频幅值之比为 9 。 散 。油膜振荡 幅值波动范 围主 要在 50 m 250 m 之 间，如 一 旦出现油膜振荡，数 秒钟就 可以 达到很 高的 振幅，故 障案例振 幅最大值统计如图 19 所 示。与汽流激振 振幅最大 值比较分
25、析 如 图 20 所 示，汽 流 激 振 振 幅 最 大 值 100m 图 21 所示，而汽 流激振则 分布在 50m 200m 之间，如图 22 所示 。 （ 2） 低 频振动幅值波动，呈不稳定的振荡状 。如图 23 所 9 8 11 第 3 期 宋光雄等： 大型电站机组油膜振荡故障研究分析 165 图 22 汽流激振低频振动振幅波动值统计分析 图 26 （ a） 6 号瓦垂直振动波形 （ b） 7 号瓦垂直振动波形 经案例总结分析，发生油膜振 荡故 障时机组负 荷分析如 图 27 所示，发现发生油膜振荡故 障的负荷区 间较分散，而对 比 发生汽流 激振故 障时机 组负荷，图 28 统计 了
26、近年 来突发 汽流激振时事故 机组带负荷率情况，可 得出汽流激 振主要发 生 在机组带 80% 额定负荷以上。 图 23 某电厂 2 号发电机油膜振荡 26 示，某电厂2 号 发电 机油 膜 振 荡振 幅变 化曲 线 。如 某燃 气机组发 生油膜振荡 3 号、 4 号瓦 Y 方向 振动趋 势图 24、图 25 所示，振幅出现来回波动现象 。 图 27 油膜振荡发生负荷区间统计 图 24 3 Y 趋势图 图 28 汽流激振发生负荷区间统计 图 25 4 Y 趋势图 在有些情况下，由于有功或无功负 荷引起机组 热状况的 改 变，直接或间接导 致轴承 参数 的变 化，进 而造 成油膜 振荡 故 障。
27、如某 二电 厂 1 号 机组 负 荷在 110MW 140MW 之间 时 ，机组暖机不充分，致 使轴承 润滑 油温偏 低而 使轴承 稳定 性 降低 。 （ 2） 对润滑油温敏感 一般情况下，油温 高时油的黏度低，最小油膜厚 度小，偏 心 率大，轴承不易 产生 油膜振 荡。反 之，油 温过 低则易 引发 转子系统发生油膜 振荡故障时，振 动的时域波 形会发生 畸变，在工频的基波 上叠加 低频 成分，有时 低频 成分占 主要 地位。如图 26 所示，某 200MW 机组发生油膜振荡时， 6 号、 7 号轴承座 振动波形发生畸变 ； 如某厂 2 号 125MW 机组油 膜振荡故 障特征 及 某电厂
28、35MW 燃气 发电机 组油 膜振荡 特征 等振动时域波形都呈不稳定振荡状。 2 3 与运行参数的关系 （ 1） 与负荷关联不明显。 油膜振 荡的发 生、发展 取决于 轴承各项 参数，而与机组负荷没有明显的关联。 油 膜振荡。如某电厂 200MW 机组由于润滑油温 过低而造成 轴 承失稳引发油 膜振 荡故 障 。但 是，长期 的油 温过 高会 给 润滑油品质带来不利影响。 2 4 其它相关特征 （ 1） 惯 性效应。发生油膜自激振荡的失稳转速不是固定 不变的，而是随轴瓦工作条件和状况 而变。当发 生油膜振荡 后 ，降低转速使其消失的转速要比升 速时的失 稳转速低。一 般 情况下，油膜 振荡发生
29、 在 2 倍 临界转 速以上 的转速，一经 出 现，即使提高轴的转速，振动仍在很大范围 内持续下 去，如 22 17 16 5 12 10 166 汽 轮 机 技 术 5 第 55 卷 瓦 进油温度来降低机组振动消除油膜振荡故障 3 2 调整中心 。 图 29 所示 。 图 29 油膜振荡发生的过程 调整中心的目的 是增加 轴承 比压。轴 系是按 联轴 器找 中心，通过调整各轴 承的 标高使 轴系 成为一 条连 续的曲 线， 并 使各轴承承担适当 载荷。 通过对 发电 机油膜 振荡 案例分 析 ，发现油膜振荡多发生在发电机前 轴承。这是 由于发电机 前 端与低压转子连接，轴承 载荷 受中 心影
30、响 较大，相反 后端 与 励磁机连接，由于 励磁机 是轻 型转 子，中 心的 变化对 发电 （2） 振动具有传递性。振 动首先 在某一 个轴 承上出 现， 然后迅速 传递到相邻的其它轴承。如某电厂 300MW 机组的 油膜振荡 、某 电厂 200MW 机 组油 膜振 荡 故障 等 具有 振动传 递性。 如国 产 300MW 机 组 油膜 振 荡 首先 发 生 在 9 号、 10 号瓦上，不久之后其它轴 承也出现了频率为 15Hz 的低 频振动，且振幅急剧增大。 （ 3） 振动异声。油膜振荡 发生时，润滑 油在 轴承间 隙内 剧烈抖动 ，轴承 箱往 往会 发出 类似 于拖 拉机 爬坡 的 “嗡
31、嗡 ” 声。如 某石 化总厂 高压 转子油 膜振 荡 ，某 厂 2 号 125MW 机 组油膜振荡故障 以及某燃气轮机 9E 发电机 60MW 机组 油膜振荡 故障 等都出现振动噪音。 （ 4） 轴承发生油膜振荡 时表现 为转子的 正向 涡动，即涡 动方向与 转子转动方向一致。如某燃机电厂 9E 级燃气轮机 发生油膜 振荡时涡动方向与转子转动方向一致 。 （ 5） 轴心轨迹紊乱。在油 膜振荡 初始阶 段，轴心 轨迹发 生畸变呈现紊乱状态，当发生油膜振荡 时，振 动加剧，轨迹的 变化范围增大。如我国某台单 轴 9F 重 型燃机油 膜振荡时的 高中压转 子的轴 心轨迹如图 30 所示 。 图 30
32、 油膜振荡时 3 号、 4 号轴承轴心轨迹图 3 故障处理 措施 油 膜振荡 故障的 原因包 括轴颈扰 动过大 和轴瓦 稳定性 差两方面。所以消除油膜振荡故 障可以从 这几个方面 进行， 具体处理 措施如图 31 所示。 图 31 油膜振荡故障处理措施 3 1 提高润滑油温 提 高润滑油温，降 低润 滑油黏 度，从而增 加轴 颈在 轴承 中的偏心 率，有利 于轴颈稳定。如某厂 2 号机组通过提高轴 机 后轴承载荷影响较小。 所以在轴承失稳时，通过调整中心 增加它的载 荷是一条 最 常见的措施。主要包括： 调整联轴器的 张口、端 面差，或直 接在失稳轴承下 部加垫，在相邻轴承 抽垫。如某 电厂油
33、膜振 荡 故障通过调整增加轴承负载消除振动 。 3 3 调整轴承顶隙 过大的顶 隙会显著减小上瓦的油膜力，降低轴 瓦的预载 荷 ，使轴瓦偏心降 低，稳定性 下降。在现场减少轴 瓦顶隙，一 般 都采用修刮轴瓦中 分面的 方法，使 圆筒形 瓦变 成椭圆 瓦， 椭 圆瓦的椭圆度进一步增大，三油楔瓦 变成三油楔 和椭圆混 合 型瓦，这样就加大了上瓦的油膜力，使轴 颈上浮高度 降低， 从 而提高轴瓦的稳定性。如某厂 2 号 125MW 机 组油膜振荡 故 障 、某电厂 50MW 机 组油 膜振荡 故障 等都 采取 减小 轴 承顶隙提高轴承稳 定性。 如某发 电厂 小汽轮 机组 油膜振 荡故障将轴瓦顶 隙
34、控制在 300m 之内，从而使 油膜力 增加， 提高轴瓦稳定性 。如 某 75MW 老式 机组 油膜振 荡故 障通过 修 刮 1 号瓦中分面，减小轴瓦顶隙消除 。 3 4 增加轴承比压 增加比压常用的方法是减小轴瓦 的长度。有两 种方式： 适 当车去轴瓦 两侧 的钨 金； 在 轴瓦 下 瓦的 承载 部分 加 一沟 槽 。如某电厂 200MW 机组把长径比从 1 减 小到 0 78消除油 膜 振荡故障 。如我国 首台 9F 单轴 燃机 对 3、 4 号轴承 ，左 右 两边各减小 2cm 的轴瓦工作面宽度，从而增大 了比压使油 膜 振荡故障得以解决 。 3 5 消除轴瓦缺陷 油膜振荡 的发生还与轴
35、瓦自身的缺陷有关。轴承油膜厚 度只有 0 1mm 左右，它对轴瓦和轴颈 的型线和光洁度的要 求 非常高。如果轴承损坏，不能形成正常的油膜，将大大降低 油 膜的阻尼，无法起到遏 制失稳的 作用。如某电厂 6 号机组 通 过取消上轴瓦的四道油槽，补焊修刮的方式消除振荡 。 3 6 调整平衡 不平衡与 自激振动并没有直接的关系，但是不 平衡引起 的 剧烈振动会使轴瓦工作条件恶化，导致轴承 失稳。如果同 时 存在不平衡振动和 自激振 动时，应 该首先 调整 转子平 衡。 如某电厂发生热 弯曲引 起的油膜振荡采用了 解决疏水 、调整 平 衡和改善间隙的措施 和 某电厂 采取 调整联 轴器 和轴承 标 高
36、消除油膜振荡 。 3 7 更换轴承 在机组轴系设计 中采用 稳定 性较好 的轴 承。目前 在汽 轮 发电机组中常用的 润滑轴 承形 式有可 倾瓦、椭 圆瓦、圆筒 瓦 、三油楔瓦等，从前到后，稳定性下降 。椭圆轴承可以看作 是 将圆筒瓦的顶隙 减小、侧 隙增大 而成 的。优点 在于： 使轴 颈的偏心率增加 ； 上瓦可以形成一定 的油膜。这 都有利于提 25 18 27 1 5 11 11 24 第 3 期 宋光雄等： 大型电站机组油膜振荡故障研究分析 167 高轴承的 稳定性。如果采用圆筒瓦轴承的机 组失稳，可以换 用稳定性较高的椭圆瓦或 可倾瓦。如某电厂 6 号机组 、某 电厂 和某燃机电厂
37、都是通过更换轴承来消除油膜振荡 故障。 4 结 论 本文通过总结分析 油膜振荡典型故障案 例，得 出以下几 点结论： （ 1） 本文列举了近 10 年来国内油膜振荡典型案例 ，通过 案 例分析对故障发生转子、故障轴承以 及故障原 因进行了案 例统计分析，并与汽流激振故障进行 了对比分 析。结合故障 原 因统计分析，从轴颈扰动过大和轴瓦 稳定性差两 方面总结 出 了油膜振荡故障的具体原因如表 1。 （ 2） 从 低频振动频率、低频振动幅值、与运行参数的关系 以 及其它相关特征几个 方面对 油膜 振荡故 障进 行了特 征分 析 ，对低频振动中心频率 、振幅最大值及波 动情况、故障发生 负荷区间进行
38、统计分析，并与汽流激振故障进行了对比分析。 表 1 电站名称 机组功率 油膜振荡故障案例列表 故障原因 故障转子 轴承形式 某热电总厂 0 号机 某发电厂捷 VK 25 机组 某电厂 6 号机组 某 1 号机组 某 2 号机组 某电厂 6 号机组汽轮机 某发电厂小汽轮机 某发电厂 1 号机组 某老式机组 某电厂首台机组 某燃气轮机 9E 发电机 某燃机电厂燃气发电机组 某电厂日本三菱机组 某发电厂 8 号机组 某电厂 1 号机组 国产第一台 QFSS 发电机振动故障 某电厂 1 号机组 某 1 号机组 某 2 号机组 某二发机组 我国首台 9F 单轴燃机 某国产机组 某发电厂 1 号机 25M
39、W 2 500kW 50MW 200MW 125MW 200MW 4 667kW 50MW 75MW 200MW 60MW 35MW 600MW 200MW 300MW 200MW 300MW 300MW 200MW 200MW 300MW 200MW 转子发生热弯曲导致出现油膜失稳 发电机转子发生热弯曲 轴承顶隙大，标高变化上瓦开油槽，影响油膜形成，发生 热弯曲 轴系不对中，轴承标高变化 轴承间隙不适，轴承类型稳定性差 转子不对中，冷、热时轴承标高变化，轴承稳定性差 检修轴瓦间隙调整不当、造成轴承阻尼减小 轴承顶隙过大，侧隙较小 轴承顶隙过大 轴承稳定性差 轴瓦过度修刮，导致轴承顶隙过大，使
40、轴承稳定性下降 轴承标高变化、发电机对中不良、轴承载荷降低 轴承负载低 轴系不对中 轴瓦宽度超标造成轴承稳 定性差 轴承长径比偏大 轴系中心偏差太大、轴承稳定性差、运行参数变化 冷热态轴承标高变化 冷热态轴承标高变化 轴系不对中 轴承类型稳定性差 轴系不对中 轴承长径比较大 术， 1986，（ 6 ） ： 13 19 发电机转子 发电机转子 低压转子 发电机转子 发电机转子 发电机转子 高压转子 发电机转子 高压转子 发电机转子 发电机转子 低压转子 发电机转子 发电机转子 发电机转子 低压转子 低压转子 低压转子 发电机转子 高中压转子 发电机转子 发电机转子 圆筒瓦 圆筒瓦 椭圆瓦 三油楔
41、瓦 圆筒瓦 三油楔瓦 圆筒瓦 椭圆瓦 椭圆瓦 三油楔瓦 圆筒瓦 三油楔瓦 三油楔瓦 三油楔瓦 椭圆瓦 椭圆瓦 三油楔瓦 三油楔瓦 可倾瓦 三油楔瓦 三油楔瓦 （ 3） 针对油膜振 荡故障原因，给出了提高润滑油温 、调整 中心、调 整轴瓦顶 隙、增加轴 承比压、消除 轴瓦缺 陷、调整平 衡、更换轴承等油膜 振荡故 障解 决措施，为 机组 安全稳 定运 行提供理 论依据。 参 考 文 献 1 庄景菁 转子热弯曲引起汽轮机振 动的分析和处理 J 华东 电力， 2002，（ 7 ） ： 61 64 2 张若京 怎 样消除 汽轮机 发电 机组 的油 膜振荡 J 热力发 电， 1974，（ 7 ） ： 70 87 3 寇胜利 分宜电厂 6 号机振动原因分析和处理 J 动力工 程， 1988，（ 6 ） ： 26 31 4 王德和 通辽 1、 2 号 200MW 机组振动 处理 J 吉林 电力技 5 6 7 8 9 10 白尚刚，庞秀荣 秦岭 2 号汽轮发 电机组油膜 振荡原因分析及 处理 J 西北电力技术， 2004，（ 3 ） ： 44 47 郭 力 大型汽轮发电机组低频振动剖析 J 电站系统工 程， 1998， 14（ 5 ） ： 24 26 高 翔，卢盛阳，牟法海，等 汽轮发电机组油膜振荡故障诊断 和现场处理 J 汽轮机技术， 2010