摘要：随着电气工程不断健全，电气学科知识理论也在不断深化应用，这两者之间不断促进。电气工程的发展离不开其内部理论体系的健全。作为发电行业的燃气轮机电厂，也是最近十几年快速发展起来的，燃气轮机轴承属于高转速的轴承，对轴承的润滑油的质量和温度要求就很高，且有轴承还处于高温环境包围中。对于设备出现的问题进行研究，有助于我们深入了解，提出改进办法，有利于设备的安全，促进燃气轮机行业的发展。
关键词：热流体动力润滑 热效应 有限元 滑动轴承
一、2#轴瓦结构如图：
2#轴瓦位于燃机压气机排气缸内，无独立的支承部件，依靠压气机下缸来起到支承作用；BB3为2#轴瓦唯一的振动探头，位于在轮机间的底部。
二、出现BB3振动高前后4号燃机（简称GT4）运行的大致情况：
GT4: 4月11日至4月26日5#汽机大修，GT4全停，4月27日对GT4进行水洗并投入备用，4月28起机（冷态升负荷）机组振动未出现任何异常；4月29日22：50盘车投入；次日18：21停盘车；5月3日21：00投滑油系统运行，22：08投盘车；5月4日7：13起机（冷态升负荷），未见异常；5月5日起机，升负荷过程当中BB3逐步上升，最高到13.5mm/s,此时负荷为73MW；改为冷态，出现报警后立即停止升负荷，其余参数均无异常；之后BB3的值回落到5mm/s；5月6日至5月10日期间起机升负荷过程中均出现相同现象：40MW负荷附近BB3开始波动，随负荷升高逐步上升，70MW负荷附近，达到最高14.5mm/s左右，两、三分钟分钟后回落至6mm/s左右；5月13日改为冷态升负荷（之前出现BB3振动值高均是以温态升负荷），未出现BB3振动高；5月14日以温态升负荷仍出现BB3振动高现象，71MW附近，BB3达到13.59mm/s；此后，为了防止BB3振动高影响机组安全即要求GT4每次起机均以冷态升负荷，未再出现BB3振动高现象。
通过观察出现BB3振动高现象的几次起机时的与2#轴瓦相关的参数的变化情况，发现LTB2D 、BTJ2-1、BTJ2-2；及相邻的BB1、BB2值的变化均不大；
测量2#轴瓦排烟温度均在265℃左右（大气温度26℃），与带基本负荷时的272℃左右并无太大差异；
三、相关分析：
1、2#轴瓦的位置结构的影响
由于9E燃机转子较长，加之重量集中于压气机部分，GE将其设计成三点支承的形式，即在燃机压气机排气缸处加入了2#轴瓦，从而降低转子因压气机重量过大而造成局部下弯变形的可能。2#轴瓦位于压气机排气缸内，无独立的支承部件，仅仅是依靠燃机下缸体来起到支承作用。机组长期的起、停、变工况运行，金属热应力的作用，压气机下缸缸体容易出现变形下沉，从而导致2#轴瓦下沉，使2#轴瓦与大轴之间的间隙增大，2#轴瓦对大轴的支承能力降低，进而使得转子出现下弯变形的可能性增大，尤其大修期间机组长期停运，增加了转子压气机部分出现下弯变形的可能。
但由于GT6去年大修中已发现2#轴瓦有出现下沉，轴瓦密封亦有磨损现象，且大修处理之后BB3振动明显变小；所以并不能完全排除GT42#轴瓦有出现下沉的可能，建议运行当中多多关注与2#轴瓦相关的运行参数，待大修时再进行彻底的检查。
2、盘车时间对BB3振动的影响
5月7日06：15 GT6因为盘车电机出现故障，停盘车将近两小时（06：41机组转速降为0，轮间温度132℃），08：38以拖动方式起机，升速至37.17%TNH时BB3振动值高达13.67mm/s，往常正常起机时未出现过BB3高的情况，显然在轮间温度高达132℃的情况下，盘车停运停运了近两个小时是造成这次升速过程中出现BB3高的主要原因。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
对于9E燃机而言，盘车长期停运，本身就容易造成燃机大轴因长期处于静止状态在重力作用而出现下弯变形；加上9E燃机压气机部分重量较大，压气机部分大轴跟其余部分相比更易出现下弯变形，因此要求起机前，通过长时间的盘车使得转子的弯曲度降低，从而避免转子产生永久形变，降低起机过程中出现因转子变形而引起的机组振动偏高的现象的可能。
结合GT6盘车意外停运后起机升速过程中有出现BB3高的现象分析，个人认为汽机大修期间GT4长期停运，起机之前盘车时间不够充分，可能是造成GT4 BB3振动高的重要原因之一。
3、升负荷速率对BB3振动的影响
5月5日至5月14日期间，以温态升负荷过程中均出现BB3振动高的现象，5月13日改为冷态升负荷未出现BB3高的现象，之后即要求GT4升负荷均采用冷态，便未再出现BB3振动高的现象。
从传热及材料力学的角度来看，随着负荷的上升，燃机的轮间温度会逐渐升高，转子和燃机缸体在会逐渐被加热膨胀，由于转子与燃机缸体在金属材料，金属厚度，传热性能，各自所处的环境温度等方面的差异，使得燃机转子与缸体在受热膨胀过程容易形成相对膨胀，即所谓的胀差。升负荷速率越大，则温度上升的速率越大，转子与缸体之间的胀差就会越大。由于2#轴瓦处于压气机排气缸内，且压气机下缸是唯一对2#轴瓦起到支承作用的部件，所以转子与缸体之间的胀差的变化，会导致升负荷过程中压气机大轴与2#轴瓦之间的间隙发生变化，进而可能使得2#轴瓦振动升高，出现BB3高的现象。至于BB3振动值每次都是从40MW负荷附近开始升高，70MW附近达到最高，个人认为是负荷从40MW上升到70MW这段时间内机组的温升速率相对较大所造成的。
对燃气轮机而言，机组升负荷速率无疑是越低越好。升负荷速率越低，机组温升速率越低，机组各热部件（尤其是高温部件）受热越均匀，内部产生的热应力越小，很大程度上能够提高机组运行的安全性、可靠性，延长了机组关键热部件的使用寿命。
目前GT4已经按要求均以冷态升负荷，运行情况良好，未再出现BB3振动高的现象；建议一段时间后改回温态，看是否仍然存在BB3振动高的现象。
4、88VG流通通道的影响
GT4对88VG通道进行改造，从88VG处引出一部分的风到TTIB处做冷却用，TTIB1由原来的156℃左右下降至100℃附近；与此同时却使得ATLC1的温度由原来的95℃左右上升到最高170℃附近；ATLC1上升了近75℃，负荷联轴间处相比原先温升温降都相应增大，使得该处大轴出现胀差的可能性增大，转子中心可能会出现偏移，使得燃机大轴与发电机大轴的同轴度下降；又由于1#轴瓦处布置有推力瓦，使得机组振动集中向发电机侧。经过一段时间的观察发现发电机三相定子电流基本负荷时差值不大于1％，可排除因转子三相电流不平衡引起发电机振动高，因此怀疑负荷间温度的升高是引起BB12振动值上升（GT4已由原来的7mm/s缓慢上升至现在基本负荷时的11.5mm/s附近）的原因之一，GT6去年大修也进行了相同的技术改造，改造后BB12的振动亦有缓慢上升的趋势；同时不排除负荷间温度的升高对2#轴瓦的振动的升高也有一定的影响。
考虑润滑油粘热效应的滑动轴承热流体动力润滑分析模型,采用有限元法分析滑动轴承油膜压力和温度分布。对有限元方程关于扰动项求导直接得到油膜压力对于各扰动项的偏导数,并且通过油膜压力对于扰动项的偏导数构建油膜力Jacobi矩阵。采用Newton-Raphson方法确定给定静载下的轴承平衡位置,同时不需要额外的计算即可通过油膜力Jacobi矩阵获得滑动轴承动力特性系数。通过算例研究了轴承几何参数对滑动轴承动力系数的影响。分析结果表明,油膜温度对轴承刚度系数的影响大于阻尼系数;在轴承偏心率较小时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而增大;而在轴承偏心率较大时,轴承承载力和刚度系数随转速的增加而减小。
结束语：电力行业发展日新月异，随着设备技术越来越先进，就要求我们能跟上时代要求，对设备故障的分析有助于提高我们的水平。本文对轴承与温度的关系加以分析，以方便现实问题解决。
参考文献：
李元生，于明，敖良波，... - 《南京航空航天大学学报(英文版)》
（基于热流体动力润滑分析的滑动轴承平衡位置和动力特性系数研究）DOI：10.3969/j.issn.1005-1120.2012.03.005
论文作者:袁伟洧
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/16
标签：轴瓦论文; 负荷论文; 转子论文; 轴承论文; 机组论文; 温度论文; 现象论文; 《电力设备》2019年第6期论文;