油膜刚度变化对转子刚度的影响

第55卷第4期2013年8月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYV0】55NO4AUG2013油膜刚度变化对转子刚度的影响叶荣学，孙伟东北电力大学，吉林132012摘要分析了油膜厚度变化对油膜刚度的影响、油膜刚度变化对转子刚度的影响、转子刚度变化对振幅的影响。关键词油膜厚度；油膜刚度；转子刚度分类号TK2636文献标识码A文章编号100158842013040313420ILLOYERSTIFFNESSCHANGEAFFECTONROTALESTIFFNESSYERONGXUESUNWEINORTHEASTDIANLIUNIVERSITY，JILIN132012，CHINAABSTRACTINTHISPAPER，ANALYZEDOILLAYERTHICKCHANGEAFFECTOILLAYERSTIFFNESS，OILLAYERSTIFFNESSCHANGEAFFECTROTATESTIFFNESS，RELATESTIFFNESSCHANGEAFFECTVIBPATIONAMPLITUDEKEYWORDS0IILAYERTHICK；OILLAYERSTIFFNESS；ROTATESTIFFNESS油膜刚度0前言某电厂600MW机组系某厂生产的NK6000167538538型亚临界机组，一次中间再热、单轴、三缸、四排汽的凝汽式汽轮机。机组由高中压转子、低压转子I和低压转子组成。自投产以来运行一直平稳，但自从2011年8月1日开始，第一低压缸3瓦、4瓦轴振幅开始增加，其中3瓦轴振幅增加很快，从某电厂机组振动数据汇总可知，8月14日3号瓦方向振幅为248IXM、3号瓦L，方向振幅为189M，当时油膜厚度43775M、83545TXM，由于振幅超限引起转子疲劳裂纹。电厂与制造厂联系更换同型号的转子，同时将油膜厚度调整到合理值，826875BUM、8323625M，振幅大幅下降，3号瓦方向振幅为687M、3号瓦L，方向振幅为617M，安全运行至今。从上述过程可见，油膜厚度变化对振幅有重大影响，为了分析油膜厚度变化对振幅影响原因，下面对3个问题进行分析研究，即油膜厚度变化对油膜刚度的影响；油膜刚度变化对转子刚度的影响；转子刚度变化对振幅的影响。1油膜厚度变化引起油膜刚度变化原因分析仕伺转于在转动过程中的掀动帽值与很多凼忝关，根据文献1所提供的公式，有振幅KA12GA1一A油膜刚度影响系数1一12，2DD一28DDKY一L式中，M为转子质量；E为偏心；OJ为角速度；K为轴颈横向变形刚度；A为速度比，A；为阻尼系数比，D，C为阻尼系数，2M为临界阻尼系数；K为油膜2MK刚度；占为油膜厚度；|B为轴瓦几何尺寸修系数。由式3可见，式中各种参数都是影响油膜刚度K的因素，但是经常变化的因素是油膜厚度，当油膜厚度减少时，油膜刚度增加；当油膜厚度等于零时，即0，轴颈与轴瓦之间间隙等于零，油膜刚度K。，此时轴颈与轴瓦直接接触，这是不允许的；当油膜厚度增加时油膜刚度下降，当油膜厚度6DD2时，油膜刚度K0，这也是不允许的，必须保证轴瓦与轴颈之间有一定间隙，即油膜有一定厚度。油膜厚度必须保持在合理值，根据经验油膜厚度应在301XM一300M，轴颈直径大时，油膜厚度可厚些。2油膜刚度对转子刚度的影响21不同支撑方式对梁刚度的影响根据文献2可知，不同支撑方式对梁刚度有很大影响，根据力学研究与测试得出结论两端支撑刚度增加，梁的刚度增加，如图1所示。同样材质、同样尺寸的钢梁安装在不同支座上进行测试，其刚度公式中有不同系数。固定支撑时梁的刚度表达式收稿日期20120108作者简介叶荣学1936一，男，吉林省吉林市人，教授，从事发电设备故障诊断与状态维修研究实际应用工作。314汽轮机技术第55卷两端固定支撑二二二000000两端活动支撑图1活动支撑时梁的刚度表达式|J，4_8EJ，J式中，E为弹性模数；T，为惯性矩；Z为长度。当梁的材质、尺寸都一样时，两种梁刚度之比192EJ鲁击4塑1可见，支撑方式不同即支撑刚度不同，对梁的刚度有重大影响，梁被固定支撑时刚度是活动支撑时的4倍。22油膜刚度对转子刚度的影响汽轮机转子的支撑方式是靠油膜支撑，即靠油膜刚度支撑，油膜刚度是变化值，因此转子支撑刚度是变数。转子与钢梁都是弹性体，它们的横向振动有相同的特征和规律，它们之间不同之处是梁是静止的而转子是转动的，因此支座支撑刚度对梁刚度影响原理也适用于油膜刚度对转子刚度的影响，即油膜刚度大则支撑刚度大，转子刚度也大。根据文献1加以说明，公式中刚度妇是受油膜刚度影响后的转子刚度，其中JJ是转子设计刚度，制造厂在设计时是假定转子在固定支座上面计算出刚度，其中是油膜刚度影响系数，当油膜刚度等于无穷大时1，此时转子刚度地K，等于设计刚度。在运行中油膜刚度是有限值，则影响系数1，即运行工况下转子刚度永远小于设计值。由式1可见，转子刚度下降振幅增加，根据某电厂机组振动数据，转子裂纹前油膜厚度43875IXM、8545M，转子刚度KOTK，此时振幅比正常运行值增加很多，3号瓦方向振幅为249IM、3号瓦Y方向振幅为181M。转子刚度下降后临界转速相应下降，所以汽轮机运行中的临界转速均低于制造厂所给出的临界转速。转子刚度变化对振幅的影响由式1可见，转子刚度下降，振幅增加。在运行中转子刚度变化主要决定于油膜刚度变化。由式2可见，油膜刚度下降影响系数减小，减小振幅增加。根据某电厂机组振动数据，转子出现裂纹前油膜厚度643775TLM、545M，制造厂提供轴颈与轴瓦间隙S9632696M。1】，方向油膜厚度大于|S48163481,ZM，X方向油膜厚度接二近4816348M。由于油膜很厚使油膜刚度下降，影响系数O很小，致使妇很小，使振幅超过临界值，即3号瓦方向振幅为248IXM、3号瓦Y方向振幅为1891XM，最后导致转子裂纹。由此可见，转子刚度地下降，必然引起振幅增加，严重时可引起转子出现裂纹。4油膜厚度在线监测与故障诊断41油膜厚度在线监测图2是测取油膜厚度传感器安装示意图，将电涡流传感器安装在轴颈同一个断面上两侧，而且两个传感器夹角90。，每只传感器与垂直轴线夹角等于45。根据国际惯例，按轴转动方向规定X、Y方向，将偏心E先到达的传感器为方向传感器，后到达的为Y方向传感器。如图2所示。器图2电涡流传感器监测示意图在轴静止情况下，轴颈处于轴瓦下面，此时没有油膜，传感器与轴颈上面间隙最大，此时传感器的间隙电压最大，用、表示。当转动起来后由于油膜形成，轴颈浮起，其轴颈上面间隙电压减小，用、表示。根据电涡流传感器特性线可知不同间隙对应不同电压，根据传感器输出特性很方便求出轴颈浮起距离一卢，6一卢。6为方向油膜厚度，6为L，方向油膜厚度，为系数。由于油膜厚度是根据间隙电压计算的，如果轴颈表面不光滑时，所测间隙电压有一定误差，但是经过实践证明这种误差很小，所计算油膜厚度代表真正油膜厚度。如果在运行中轴承座及轴瓦发生位移后，油膜厚度相应变化。图3是吉林市华维电力科技有限公司MD3000振动在线监测诊断系统监测的振动幅值棒形图与油膜厚度棒形图。由图3可见，各轴瓦油膜厚度相差很大，但是基本规律是方向油膜厚度大于Y方向油膜厚，而振动幅值是方向大于Y方向幅值，当然也有少数轴承都有相反关系。下面进一步分析其原因。42油膜厚度增加引起振幅增加的特征分析由图3所示，7瓦方向振幅130M，油膜厚度225IM，Y方向振幅521M，由膜厚度85M，振动的频率成份是1倍频，2倍频对应幅值较小。由于振动频率成份主要是1倍频，即振动初始原因是转子存在偏心，但是振幅大小又与油膜厚度呈现正比关系，可见油膜厚度增大刚度降低是引起振幅增加最终原