來源：我們電廠人公眾號（ID：turbine_technology）

作者：王福譚　於長江

滑動軸承按其作用可分為：支持軸承、推力軸承和支持推力聯(lián)合軸承；按軸瓦與瓦座（或瓦枕）的接觸型式可分為：柱面軸承和球面軸承。不同型式的軸承對軸瓦與瓦座（或瓦枕）的配合尺寸有不同的要求，一般情況下球面瓦與瓦座（或瓦枕）為間隙配合，根據(jù)不同的載荷情況和工作環(huán)境，通常為0~0.05mm；而柱面瓦與瓦座（或瓦枕）通常為過盈配合，一般為0~0.05mm，有的Z大要求為0.15mm。本文僅對球面瓦與瓦座（或瓦枕）在不同配合尺寸下產(chǎn)生的振動類型進行分析。

一、球面瓦與瓦座（或瓦枕）有較大過盈時的振動類型

眾所周知，球面瓦具有自位功能，能夠自動調(diào)整軸瓦中心線的角度，使軸瓦鎢金面與軸頸始終保持軸向接觸良好，確保軸承的承力中心不變。當球面瓦與瓦座（或瓦枕）之間有較大的過盈量時，瓦蓋或瓦枕將死死地壓住軸瓦，使其失去自位功能，這時通常產(chǎn)生大的軸向振動。振動機理如下：

軸承組裝時轉(zhuǎn)子的撓度值與旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的撓度值是不同的，并且旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的撓度值是周期性變化的。為了表述方便，以下使用軸頸揚度來代表轉(zhuǎn)子撓度。如圖1(a) 所示，軸承組裝時，軸頸與軸瓦的鎢金面接觸良好，軸頸與軸瓦中心線的揚度均為Y0，此時，軸頸的承力中心與軸承座B側(cè)端面的距離為X0。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，軸頸的Z大揚度為Y1，此時，軸頸的承力中心與軸承座B側(cè)端面的距離為X1，如圖1(b)所示。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過180°后，軸頸的揚度變?yōu)閅2，此時，軸頸的承力中心與軸承座B側(cè)端面的距離為X2，如圖1(c) 所示。軸承對軸頸的承力中心點將隨轉(zhuǎn)速周期性地沿軸向移動。由于軸承座和基礎(chǔ)組成的支承系統(tǒng)具有一定的彈性，因此，在軸承承力中心點周期性變化的作用下，軸承座將沿某一底邊發(fā)生周期性的軸向振動。即使軸承座固定螺栓很緊，這種現(xiàn)象也難以避免。

圖1 軸頸承力中心變化引起的軸向振動

由于球面瓦緊力過大而引起軸承座軸向振動大的事件時有發(fā)生。近年來，在黃臺電廠比較典型的一次發(fā)生在#8汽輪機的#4軸承上。黃臺電廠#8機是東方汽輪機廠設(shè)計制造的亞臨界中間再熱雙缸雙排汽300MW機組，該機組于2001年12月進行了通流部分改造，改造后的#1、2軸承為可傾瓦，#3、4軸承（低壓缸軸承）為橢圓球面瓦。2003年中修后開機時，因#4軸承軸向振動大而未一次啟動成功。查閱檢修記錄，發(fā)現(xiàn)高、低壓轉(zhuǎn)子對輪中心與低轉(zhuǎn)子對輪中心均在廠家要求的范圍以內(nèi)；#3瓦球面與瓦枕的配合為間隙0.04mm，#4瓦球面與瓦枕的配合為0。停機后對#4瓦球面與洼窩的配合尺寸進行了復測，發(fā)現(xiàn)為過盈配合，過盈量為0.03mm。測量誤差的原因是：錯把加在瓦枕結(jié)合面兩側(cè)用來進行輔助測量的鋼皮墊的厚度0.47mm當成了0.50mm。通過在壓鐵結(jié)合面兩側(cè)加鋼皮墊，將球面與瓦枕的配合調(diào)整為間隙0.045mm。我們認為，對于汽輪機低壓轉(zhuǎn)子軸承這樣的重載軸承而言，間隙應(yīng)該調(diào)整到標準0~0.05mm的上限，這樣更有利于其自位功能的實現(xiàn)。間隙調(diào)整前后#3、4瓦的振動數(shù)值見表1。

表1 處理前后#3、4瓦振幅表   單位：mm

二、球面瓦與瓦座（或瓦枕）有較大間隙時的振動類型

當球面瓦與洼窩有較大間隙時，由于軸瓦失去瓦座（或瓦枕）對其壓緊力，常常會對不平衡力等各種激振力產(chǎn)生放大作用，這時，一般發(fā)生大的垂直振動。這種現(xiàn)象曾多次發(fā)生在承受輕載負荷的100MW、50MW或25MW發(fā)電機的后軸承上。該種振動機理很簡單，這里不再詳細論述。

若球面瓦的外徑小于瓦座（或瓦枕）內(nèi)徑，如圖2所示，此時，還可能引起大的水平振動。其振動機理如下：

由于球面瓦的外徑小于瓦座（或瓦枕）內(nèi)徑，所以瓦與瓦座（或瓦枕）只有底部接觸。然而，由于垂直方向上還有向下的轉(zhuǎn)子的重力作用，因此，垂直方向?qū)^小的激振力并不敏感；而水平方向上則幾乎不受限制，變得極不穩(wěn)定。

圖2 球面瓦外徑小于洼窩內(nèi)徑簡圖

2002年，黃臺電廠#6機#1軸承就發(fā)生過因球面間隙過大而引起軸承水平晃動大的現(xiàn)象。該廠#6機為北京重型電機廠設(shè)計制造的100MW雙缸雙排汽凝汽式機組。2002年由哈爾濱汽輪機廠進行了通流及供熱改造。該機#1軸承為支持推力聯(lián)合軸承，軸瓦與瓦枕為球面配合，瓦枕與瓦座為柱面配合。改造后次沖轉(zhuǎn)時，當轉(zhuǎn)速升至1200轉(zhuǎn)/分時，整個前軸承箱發(fā)生強烈的水平?動，Z大振幅0.10mm，打閘停機。后來經(jīng)過充分暖機等措施勉強定速，但#1~3瓦振動均超標，遂停機解體#1~4瓦進行檢查。經(jīng)過檢查，#2~4瓦均未發(fā)現(xiàn)異常，而#1瓦的球面緊力與檢修記錄存在較大差異，檢修記錄中為間隙0.02mm，而本次實測為間隙0.10mm，同時發(fā)現(xiàn)下軸瓦球面與洼窩之間有間隙，如圖3(a) 所示。

經(jīng)過分析認為，造成緊力測量不準的原因是：檢修中測量通流間隙時，需將轉(zhuǎn)子推至工作位置。由于軸瓦球面小于洼窩，轉(zhuǎn)子連同軸瓦一起被推至圖3(b)所示的位置，同時，軸瓦被抬高了，檢修記錄中的緊力就是在這個時候測量的。經(jīng)過長時間的盤動轉(zhuǎn)子后，轉(zhuǎn)子和軸瓦呈自由狀態(tài)，軸瓦又回到圖3(a)所示的位置，此時測出的間隙就變大了。轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分之前，轉(zhuǎn)子的軸向推力并不大，軸瓦還沒有被推到圖3(b) 所示的位置，此時軸瓦在洼窩內(nèi)極不穩(wěn)定，再加上暖機不夠充分，因此產(chǎn)生了強烈的水平晃動。定速后，軸向推力增大，將軸瓦推至圖3(b) 所示的位置，水平晃動減小。然而，軸瓦被抬高了，使高、低壓轉(zhuǎn)子對輪中心惡化，致使#1~3瓦振動均超標。采取的處理措施：充分盤車，使軸瓦處于自由狀態(tài)，位于圖3(a) 所示的位置。測量球面與瓦枕之間的間隙，在瓦枕的兩側(cè)墊鐵上加墊片，使瓦枕變形，消除該間隙。由于該瓦是支持推力聯(lián)合軸承，軸向位置應(yīng)該保持不變，另外，軸向推力也能夠通過推力瓦促使軸承自位，因此，球面與洼窩不應(yīng)有間隙，但過盈量也不能太大，如果太大，軸瓦失去自位功能還可能造成推力瓦偏斜。Z后將過盈量調(diào)整到0.02mm。再次開機后#1~3瓦振動全部合格。處理前后的振動數(shù)值見表2。

圖3 支持推力聯(lián)合軸承簡圖

表2 處理前后#1~3瓦振幅表 單位：mm