油站滤网切换(润滑油进油滤网堵塞，造成汽机振动大)

Posted 2023-05-31

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油站滤网切换(润滑油进油滤网堵塞，造成汽机振动大)

润滑油进油滤网堵塞，造成汽机振动大

近年来，随着机组参数以及容量的变化，汽轮机机组低频振动故障的发生也随之增多，影响机组的安全运行。汽轮发电机机组低频振动的机理复杂，涉及因素广，增加了故障诊断以及治理的难度。常见的引起低频振动的故障有自激振动（如：油膜涡动（振荡），汽流激振），动静摩擦，参数振动等[1]。

本文所描述的低频振动故障是由于轴承润滑油供油不足而引发。该故障的特征与一般的低频振动有一定的相似性，但也有明显的不同。诊断的过程中需要结合振动的趋势图，伯德图，频谱图进行有效的分析。同时还可以借助瓦温，回油温度，润滑油压力等参数进行辅助判定[2]。

1 供油不足引起振动的机理

因自身结构特点，大型汽轮机机组都采用油膜轴承进行支承。油膜轴承支承的工作原理为楔形效应：在轴承空间内，轴颈与轴承孔间存在一定的间隙（一般约为轴颈直径的千分之几），转子旋转时，轴颈会向旋转方向发生偏移，从而在轴承的空间内形成收敛的油楔区和发散的油楔区。润滑油在流动过程中由于受到挤压而形成动压油膜，从而支承转子的负荷。

轴承内的润滑油一方面支承着转子，使得转子与轴承乌金之间有效的分离；另一方面流过轴承的润滑油不断的将由于摩擦形成的热量带走[3] 起到润滑冷却的作用。

当润滑油出现供油不足时，进入轴承油楔区的油量减少且不连续，轴承与转子之间会处于半干摩擦的状态，油量的不足和不连续导致了动压油膜出现破裂。油膜的破裂一方面会影响轴承的支承刚度，另外一方面油膜的破裂会给转子施加一定的附加冲击。由于油膜破裂点的位置以及数目的不确定性，从而附加的冲击力也是随机变化的。支承刚度的变化以及附加随机冲击的综合作用使得转子的振动特征带有很强的随机性。表现为转子振动呈现出剧烈跳变的特征（幅值变化范围大，时间间隔短）。同时由于油量的减少，轴承润滑不充分，摩擦产生的热量不能够及时的带走，相同的工况下瓦温，回油温度等会高于正常运行工况。

2 实例分析

2.1 机组简介

某电厂机组系东方汽轮机厂超临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽、间接空冷汽轮机。机组型号为CJK350/285-24.2/1.40/0.40/566/566。额定功率：350 MW，最大连续输出功率391.678 MW。机组转子之间采用刚性联轴器连接。机组共有6 个支承轴承，轴系示意图如图1 所示。汽轮发电机组轴系中除#1、#2 轴承采用可倾瓦式轴承外，其余轴承均采用椭圆形轴承。

该机组在调试整套启动期间，冲转过程中当顶轴油泵切换到润滑油泵后，中速暖机阶段#4 瓦振动出现明显的剧烈跳变，幅值变化范围大，时间间隔短。在随后的过程中，随着转速的增加，跳变的程度越发剧烈。3000 r/min 空载运行时发现，#4 瓦的瓦温快速爬升，现场监控温度达到107 ℃，且仍有继续上升的趋势，同时回油稳定以高出正常值。其余瓦的参数均保持稳定且在合格范围内。结合启停顶轴油泵试验以及各项参数分析，准确判断出了问题所在，并提出针对性的建议，使得机组顺利完成整套启动并进入168 h 运行。

2.2 启动过程中振动跳变特征以及瓦温超标问题

机组在启动冲转过程以及空载定速过程中都出现了振动异常跳变的现象，同时定速过程中出现了#4 瓦温度异常的现象。在前后几次的冲转过程中都出现了以下特征：

（1）机组顶轴油泵切换到润滑油泵后，定速1500 r/min 进行中速暖机，#4 瓦振动开始出现明显的快速跳变现象。振动跳变时，振动通频值发生快速且大幅度的随机跳变。如图2 所示；

(2) 继续升速的过程中，振动跳变现象依然存在，且振动的跳变量以及变化速率随着转速的增加呈现出增大的趋势。振动数值变化范围大且具有随机性。当转速上升到一定阶段时，工频的相位角也发生快速变化。如图3 所示；

(3) 振动跳变时，通频发生剧烈的随机跳变。频谱分析发现：振动跳变时，频谱中出现了明显的1.25 Hz 低频频率分量。通频振动的快速跳变正是由于该低频分量的剧烈的随机跳变所致。同时该低频成分有明显的以下特点：

a. 随着转速的增加，低频分量的成分没有明显的变化。如图4 所示。

b. 随着转速的增加，低频成量跳变的程度（幅值变化范围以及时间间隔）越发的剧烈。（例如在4X方向在1500 r/min 时，某个振动跳变瞬间，1.25Hz对应的幅值可达到97μm，3000r/min 时，跳变的某个瞬间1.25Hz 对应的幅值达到了104μm）。而其余振动分量并未明显变化。如图5~图6 所示。

(4) 3000 r/min 空载定速运行期间，#4 瓦温快速爬升，温度达到107℃，且仍有继续上升的趋势，#4 瓦回油温度也比正常值偏高，而其余瓦的参数均保持稳定且在合格范围内；

(5) 降速过程中，当顶轴油系统投入以后，振动跳变现象消失。

2.3 故障分析以及诊断

根据多次启停过程中出现的振动特征来看，机组存在低频的振动故障，为此对机组的低频振动故障做出比较。

(1) 低频的振动出现在机组的低压转子，且空负荷运行阶段就存在，这说明可以排除汽流激振引起低频故障的原因。

(2）频谱分析发现低频分量仅为1.25 Hz。随着转速的增加，该低频分量的成分并没有发生明显的变化，这与油膜涡动（振荡）的特征有着明显的区别。

(3) 低频振动随机变化，跳变幅值范围大，跳变时间间隔较短，与机组由于摩擦而引起的振动不稳定有明显的不同，故而排除机组摩擦的可能性。

(4) 空载定速运行过程中#4 瓦温度出现快速的爬升现象,现场温度达到107 ℃，且仍有继续爬升的趋势，同时#4 瓦的回油温度也比正常值偏高。现场运行过程中，进行了启停顶轴油泵试验。当顶轴油系统启用后，发现#4 瓦的瓦温快速下降至76 ℃。顶轴油系统运转期间，监测参数发现#4 瓦温度保持在76 ℃，且#4 瓦的振动跳变现象消失。停运顶轴油系统后，#4 瓦的温度立刻出现爬升，振动跳变现象也随之出现。重复几次启停顶轴油泵试验，结果都相同。

基于以上的分析，综合振动特征、#4 瓦温超标以及多次启停顶轴油泵试验的结果，判定机组的振动与轴承的润滑油系统供油不足有关。故建议电厂：

(1) 检查油孔是否堵塞，润滑油循环时临时滤网是否拆除或者是否堵塞；

(2) 轴承进出油的管路是否以及存在泄漏导致供油不足。

经检查后发现机组润滑油循环时，#4 处的临时滤网没有拆除，且滤网已被严重堵塞。将临时滤网拆除后机组顺利冲转，振动均在优良范围内，振动跳变以及低频振动故障彻底消失，瓦温也在合格范围内。

3 结论

从理论分析以及现场案例分析可以看出，轴承润滑油供油不足产生的低频振动有以下特征：(1) 润滑油供油不足时，机组振动会出现随机的大幅度跳变，振动幅值随机变化，幅值变化范围大且跳变时间间隔短；(2) 频谱分析发现振动的跳变是由于低频成分的剧烈变化所致。该低频分量成分随着转速的增加并未发生明显的变化，这点与油膜涡动（振荡）的特征有着明显的区别；(3) 润滑油供油不足引起的振动跳变程度（幅值变化范围，间隔时间）随着转速的增加愈发剧烈；(4) 润滑油供油不足时，轴承得不到充分的润滑，可以利用瓦温以及回油温度作为辅助判断参数。

参考文献

[1] 陈松平. 汽轮发电机组低频振动故障分析[J]. 发电设备,2015：200～204.

[2] 李力, 杨毅 660 MW机组调试期间振动和瓦温超标分析与处理[J].机电信息, 2016: 139～140.

[3] 杨建刚. 旋转机械振动分析与工程应用[M].中国电力出版社,2008.

注：原文发表于《电站系统工程》2017年第5期，原文标题为“供油不足低频振动故障分析以及某汽轮机机组故障诊断”