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预负荷调整在可倾瓦轴承不稳定振动处理中的应用

时间:2017-7-5 9:17:00   来源:中国轴承网   添加人:admin

  可倾瓦轴承由于其良好的稳定性和减振性,而被广泛应用于大容量发电机组上。但近年来,现场屡屡出现可倾瓦轴承的不稳定振动问题,主要包括2种:是不稳定的强迫振动,即随运行工况不同,基频振动发生大幅变化;二是不稳定的油膜涡动,即在某些工况下,出现大幅波动的低频振动。这2种不稳定振动均具有较强的重复性。

  可倾瓦轴承出现不稳定振动问题往往是在转子受到外界扰动的情况下发生的,例如Lomakin效应、Alford效应、二次流效应和三维流动效应等。在现场,短时间内改变转子作用力是不现实的,那么就只能对轴承性能进行优化调整,以适应现场的运行工况。考虑到检修工期、经济性及可能引发的次生故障,现场对可倾瓦轴承性能优化的可操作手段也是十分有限的。本文基于数值计算分析结果,并结合工程实例,通过对轴承预负荷的调整,有效地消除了可倾瓦轴承不稳定振动问题,为同类机组解决类似的振动问题提供。

  1轴承预负荷及其调整方法轴承预负荷系数m反映了各瓦块上油楔的收敛程度,比如:m越大表明每块瓦块上油楔的收敛程度更大,迫使油进入收敛形间隙中,增加了作用在轴颈上的油楔力,从而把轴颈紧紧地约束在转动中心,增强了转子的稳定性,但同时在运行时也会使轴承温度升高。可倾瓦的预负荷系数m为m=1―c‘fc的半径间隙;R为轴瓦内表面曲率半径;r为轴颈半径。

  现以某四瓦可倾轴承的1号瓦块为例,来说明瓦块预负荷调整计算方法。是轴颈落下的状态,也是现场进行轴承安装参数测量的状态,通过三角余弦公式,得到最短距离,可在现场通过塞尺塞间隙得到;e为轴颈中心到轴承中心的距离,也是顶部间隙的一半;久为1号瓦块支点角。

  求解,分析了不同偏心率下,轴承油膜刚度和阻尼受预负荷系数变化的影响程度,如所示。

  从数值计算结果可以看出:轴承温升、油膜刚度和阻尼随预负荷系数的增大而增大。在预负荷系数较小时,轴承温升、油膜刚度和阻尼变化相对平缓,随着预负荷系数的增大,轴承温升、油膜刚度和阻尼的变化明显。

  轴承偏心率(或载荷)越大,轴承油膜刚度和阻尼受预负荷系数变化的灵敏度也越高。

  另外,需说明的是由于交叉刚度和交叉阻尼比主刚度和主阻尼数量级小,数据绘在同一张图上,交叉刚度和阻尼的变化趋势就被隐含了。

  3预负荷调整在不稳定低频振动中的应用3.1不稳定低频振动的特征某F级联合循环机组由2台9FA燃气发电机组、2台余热锅炉和1台汽轮发电机组组成,整型三压进汽、一次中间再热、两缸两排汽、单抽、凝汽-抽汽式汽轮机。该汽轮机1号轴承系四瓦可倾轴承,自调试阶段起就存在严重振动故障,主要表现为如下振动特征。

  (1)在较大负荷(>220MW)运行时,1号轴承对来相要的主处波不同偏心率下,轴承油膜刚度和阻尼受预负荷系数变化的彩响趋势Therelationshipbetweenoilfilm I现大幅波动,如所示,振动87Hz的低频分量。

  表1 1号轴承的相关运行参数MZ/漳电=间隙电压/V轴心浮起轴承金属温度/C工况1号轴承注:表中轴心位移的角度以x传感器中心线为起点计量。

  从而产生了较大的蒸汽激振力,引起汽流激振(目前这2个方面的因素都可能存在。

  对汽轮机而言,其转子重力(G)由轴承承载力(W)和蒸汽作用力(F)承担,即1号轴承侧的支撑存在力平衡(见)(2)从现场间隙电压的实测数据表1来看,在机组定速3000r/min到230MW负荷过程中,1号轴颈大幅浮起了振动成分中出现低频分量一般预示着该振动系统的稳定性较差,对1号轴承而言,由于轴颈在轴承中的大幅浮起,一方面表明轴承在热态下承载下降,使得轴承稳定性不足;另方面改变了汽轮机转子的通流间隙,使得径向间隙不均匀,由于现场条件复杂,现采用有限差分结合法,在如下2种假设条件下分别进行轴承性能计算分析,实际情况可能是这2种假设条件的综合效果。

  (1)假设蒸汽对转子的托起力(F和轴承承载力(Wd不变,以轴承温升不超过25QC为约束条件,分析不同安装预负荷工况下,1号轴颈浮起量的变化。

  中,1号轴颈不断浮起,引起通流间隙的不断变化。如果蒸汽对转子的托起力大小受通流间隙的影响较小,就可以假设不变,即轴承承载力也不变,从轴瓦温度变化不大来看(见表1),似乎存在这种可能。

  表2给出了预负荷调整前后轴颈浮起量的变化,可以看出:尽管轴承承载力不变,1号轴承在不同预负荷下的油膜刚度和阻尼也不会有明显变化,但在机组定速3000r/min到230MW负荷过程中,轴颈浮起量将大幅度减小。这就减小了热态下通流间隙的不均匀变化,进而最大限度地抑制汽流激振。

  表2不同预负荷下,1号轴颈浮起量的计算结果工况安装预定速3 MW负荷过程负荷系数中的轴颈浮起量/mm―优化前一优化后(2)假设转子的浮起量不变,即轴承偏心率不变,以轴承温升不超过25°C为约束条件,分析不同安装预负荷工况下,1号轴承随着承载力不同,其油膜刚度和阻尼的变化。

  现假设不同轴承安装预负荷、在机组定速3000r/min到230MW负荷过程中,转子的浮起量(0.385mm)不变,即轴承偏心率不变,但由于蒸汽对转子的托起力(F)的不同,引起轴承承载力的变化,进而改变了支撑油膜的刚度和阻尼。

  表3给出了预负荷调整前后,在机组定速3000r/min到230MW负荷过程中,轴承油膜刚度和阻尼的变化。可以看出随着预负荷的增大,轴承油膜刚度和阻尼得以大幅提升。

  3.3治理效果轴承预负荷调整后,对该汽轮机进行了大负荷工况的振动试验,结果表明:大负荷工况下,1号轴振的低频振动得到有效消除,且在机组定速3000r/min到最大负荷工况的过程中,轴颈浮起量回归正常,仅为0.091mm. 4预负荷调整在不稳定基频振动中的应用4.1不稳定基频振动的特征某电厂的600MW机组配用上海电机厂生产的QFSN-600-2型、水/氢/氢冷却方式的发电机,其励端小轴的支撑轴承(即9号轴承)系四瓦可倾轴承。该轴承处的振动(即9号轴振)自投运以来就直严重超标,且波动明显,最大波动幅度达100pm左右,振动的主要成分为基频振动,如所示。

  9号轴承振动大幅波动的主要原因是9号轴承严重轻载,未能形成正常的承载油膜区,使励端小轴产生“跳摆”。现场相关安装标准,把9号轴承的预负荷提高至0.3后,9号轴承振动大幅下降至60pm左右,且振动趋于平稳。

  5结语(1)数值计算分析结果表明预负荷系数的调整对可倾瓦轴承的性能影响明显,即:可倾瓦轴表3不同预负荷下,1号轴承的性能参数工况安装=油膜阻尼/(106预负荷系数优化前优化后承温升、油膜刚度和阻尼随预负荷系数的增大而增大,在预负荷系数较小时,轴承温升、油膜刚度和阻尼变化相对平缓,随着预负荷系数的增大,轴承温升、油膜刚度和阻尼变化越发明显;可倾瓦轴承的载荷越大,其油膜刚度和阻尼受预负荷系数变化的灵敏度也越高。

  (2)在保证轴承温升许可的条件下,现场可通过提高可倾瓦轴承的预负荷系数,使轴承油膜刚度和阻尼增大,可有效地消除可倾瓦轴承的不稳定振动故障。