某200MW汽轮机组油膜振荡问题分析及处理论文_王行1,豆中州1,付煜2

（1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院 长春 130021；2.大唐辽源发电厂 辽源 136200）

摘要：滑动轴承油膜振荡问题是汽轮机运行中常见的故障，此类振动故障严重威胁机组的安全运行。文以某200MW汽轮机油膜振荡事件为分析案例，结合油膜振荡发生特征和原理对事件进行分析，并根据分析结果给出合理化控制措施，问题分析思路及处理措施可为解决同类问题提供参考。

关键字：汽轮机；滑动轴承；油膜振荡

汽轮机运行中滑动轴承油膜失稳故障一直备受同行业者关注，油膜失稳一般分为油膜涡动和油膜振荡两个阶段[1]。油膜振荡现象是汽轮机转子轴颈的涡动频率与其自振频率相重合，因共振效应而引起的振动突增现象，在转子工作转速高于2倍第一临界转速时发生的轴瓦自激振动[2]。

1机组概况

某200MW汽轮机组为北京北重汽轮电机有限责任公司生产的NC200—12.75/0.39/535/535型氢冷汽轮发电机组。机组轴系由高压转子、中压转子、低压转子和发电机转子构成，轴系布置如图1所示。高、中压转子及低压转子由椭圆瓦支撑，发电机由圆筒瓦支撑。

图1某200MW汽轮机轴系布置示意图

2问题描述

2019年12月20日05时19分，1号机4瓦轴振X向由31.89μm突增至300.81μm，4瓦轴振Y向由45.28μm突增至200.49μm，其他轴瓦振动均有上升趋势，4瓦轴振大保护动作导致汽轮机跳闸。事件发生前机组运行稳定，3瓦温度80.7℃、油膜压力2MPa；4瓦温度63.5℃、油膜压力1.2MPa；5瓦温度68.7℃、油膜压力3MPa。

3事件分析

此次事件具有突发性并无明显征兆，其中，3瓦水平轴振3X由31.8μm突增至105.16μm，4瓦水平轴振4X由31.89μm突增至300.81μm，5瓦水平轴振5X由46.08μm突增至219.41μm，4瓦轴振上涨幅度最大并引起其他各瓦轴振上涨，由此初步判断次事件发生振动故障的位置在4瓦处。

事件发生前3瓦、4瓦、5瓦轴瓦温度及回油温度数据统计见表1，可以发现4瓦温度较3瓦、5瓦温度偏低，结合机组正常运行期间各轴瓦油膜压力，4瓦油膜压力亦明显低于临瓦油膜压力，数据表明该机组在正常运行期间4瓦载荷明显偏低于3瓦和5瓦载荷。

表1事件前轴瓦温度及回油温度

轴振大保护动作时各瓦轴振数据见表2，由表中可知3瓦X向通频114.5μm，其中1倍频40.2μm，0.5倍频60.2μm；4瓦X向通频359.5μm，其中1倍频44.0μm，0.5倍频202.0μm；5瓦X向通频308.5μm，其中1倍频37.0μm，0.5倍频155.9μm。可见，3瓦、4瓦、5瓦轴振中0.5倍频振幅占比较大，相对于通频振幅的比例分别为占52.4%、56.2%、50.2%。

表2轴振保护动作时各瓦轴振数据

由轴瓦自激振动的振动机理可知，轴瓦载荷低的情况下会降低其本身的稳定性，轴瓦抗干扰能力弱，易发生自激振动[3]，这是振动异常的根本原因，而各瓦轴振数据显示振动发生时的0.5倍频的增大印证了上述分析。

机组停运后，对4瓦检修工艺参数进行复查，测量结果4瓦侧隙为55μm，顶隙值为75μm，顶隙明显超出标准范围（汽轮机厂要求上瓦间隙0.51mm～0.609mm，瓦口间隙0.58mm～0.63mm），该间隙超标将影响油膜形成刚度，易引起油膜失稳。现场校核各转子对轮中心，检查发现低压转子较高中压转子低280μm（仪表值），发电机转子较低压转子低320μm（仪表值），进一步验证4瓦载荷偏低的初始判断。

4结论及建议

该机组在无明显征兆状态下突然发生油膜振荡故障属于典型轴承油膜振荡故障，直接造成非计划停机事故。此次油膜振荡问题原因为1号机组4瓦载荷偏低，造成运行中轴径与轴承间油膜形成刚度不足，油膜稳定性较差，在外界干扰下造成4瓦油膜振荡引起轴振突增。为彻底解决轴瓦自激振动问题，需有效提高轴瓦形成油膜刚度[4]，可采取以下三个措施：

1）研磨轴瓦结合面，减小轴瓦与轴颈间顶部间隙，提高轴瓦运行稳定性。

2）按照厂家设计要求调整4瓦标高，提高4瓦载荷。

3）对汽轮机轴系中心进行重新调整，合理优化各轴瓦载荷。

此外，在机组运行中仍需注意以下几点：

1）在机组运行期间，控制润滑油温在41℃～43℃范围内，并注意监视润滑油压变化。

2）定期记录各轴瓦油膜压力及轴瓦温度，若出现轴瓦温度明显上涨或4瓦油膜压力下降情况，应急情况下可临时启动顶轴油泵提高油膜刚度。

3）机组变工况运行时，应平稳增减负荷，尽量减少外界因素干扰。

5结束语

一般汽轮机油膜振荡故障均具有突发性，对现场故障处理能力要求较高。因此需要在场技术人员熟悉油膜振荡发生机理及现象特征，结合机组自身特点精准判断汽轮机运行状态，针对性采取有效措施以保证设备安全运行。

参考文献

[1]施维新.汽轮发电机组振动及事故[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2]刘石，陈君国，王飞等.超超临界100MW机组油膜涡动故障分析与处理[J].汽轮机技术，2010，52(5)：373-376.

[3]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，2010，52(3)：229-231.

[4]张斌，孙文杰，黄蓉.国产300MW汽轮发电机组失稳边缘轴系的稳定性探讨[J].热力发电，2008，37(3)：60-62.

论文作者:王行1,豆中州1,付煜2

论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期

论文发表时间:2020/3/16

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