駱建成
(廣東拓奇電力技術(shù)發(fā)展有限公司,廣東 廣州 510000)
汽輪機(jī)軸承的安裝檢修方法探討
駱建成
(廣東拓奇電力技術(shù)發(fā)展有限公司,廣東 廣州 510000)
文章概述和總結(jié)了在安裝檢修常規(guī)電站汽輪機(jī)支持軸承和推力軸承在安裝檢修過(guò)程中應(yīng)注意的若干問(wèn)題,可供安裝檢修公司和電廠相關(guān)專業(yè)參考。
軸承;軸瓦;軸頸
軸承是汽輪發(fā)電機(jī)組軸系的重要部件,它承受轉(zhuǎn)子的重力并支承轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),對(duì)正常運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)組軸系振動(dòng),軸瓦烏金溫度,回油溫度等起著十分重要的影響?,F(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)組通常使用的支持軸承都是圓筒軸承,橢圓形軸承,三油楔軸承和可傾瓦軸承等,軸承的設(shè)計(jì)合理與否,安裝質(zhì)量的好壞,對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著十分重要的作用。
汽輪機(jī)軸承可分兩大類:一類是承擔(dān)轉(zhuǎn)子重量及不平衡重量產(chǎn)生的離心力和確定轉(zhuǎn)子在汽缸內(nèi)徑向位置的支持軸承或稱徑向軸承。另一類是確定轉(zhuǎn)子在汽缸中軸向位置和承受轉(zhuǎn)子軸向推力的推力軸承。
支持軸承常見的軸承形式有圓筒形軸承、橢圓軸承、可傾瓦軸承和組合軸承(下部為可傾瓦,上部為圓筒形)等。
支持軸承的工作原理分別以圓筒形軸瓦和可傾瓦軸承為例子說(shuō)明。
圓筒形軸瓦工作原理(見圖1),軸瓦直徑是大于軸頸直徑的,在靜止?fàn)顟B(tài)下,軸頸置于軸瓦底部,軸頸圓心 O’在軸瓦中心O的正下方,軸頸與軸瓦之間構(gòu)成自上而下的楔形截面間隙。當(dāng)連續(xù)向軸承內(nèi)提供足量的潤(rùn)滑油,并使軸頸高速旋轉(zhuǎn)(圖示為順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)),右側(cè)楔形間隙中有粘性的潤(rùn)滑油附在軸頸上一起轉(zhuǎn)動(dòng),并帶動(dòng)各層油一起轉(zhuǎn)動(dòng),而且將潤(rùn)滑油有寬口帶向窄口,楔形間隙的進(jìn)油量大于出油量,并且潤(rùn)滑油不可壓縮性,使積聚在狹窄的楔形間隙中產(chǎn)生油壓,當(dāng)油壓超過(guò)軸頸上的載荷時(shí),就抬起軸頸,軸頸抬起后,楔形間隙增大,油壓有所下降,軸頸又下落一些,直至楔形間隙內(nèi)油壓與軸頸載荷平衡,軸頸便穩(wěn)定在一定位置上旋轉(zhuǎn)。此時(shí),軸頸與軸瓦間有油膜隔開,建立了液體摩擦,使軸承穩(wěn)定工作。
圖1 軸承中液體摩擦的建立
國(guó)內(nèi)外大容量機(jī)組普遍采用一種較新形的軸承——可傾瓦支持軸承??蓛A瓦軸承通常有3~5塊或更多塊能在支點(diǎn)上自由傾斜的弧形瓦塊組成,其原理(如圖 2)所示。瓦塊在工作時(shí)可以隨著轉(zhuǎn)速、載荷及軸承溫度(油粘度)不同而自由擺動(dòng),在軸頸周圍形成多油楔。如果忽略瓦塊的慣性、支點(diǎn)的摩擦阻力及油膜剪切內(nèi)摩擦力等的影響,每塊瓦塊作用到軸頸上的油膜作用力總是通過(guò)軸頸中心的,不易產(chǎn)生軸頸的失穩(wěn)分力,因此具有較高的穩(wěn)定性,理論上可以完全避免油膜振蕩的產(chǎn)生。另外,可傾瓦可以自由擺動(dòng),增加了支承柔性,能吸收轉(zhuǎn)軸振動(dòng)能量的能力,即具有很好的減振性能。
圖2 可傾瓦支持軸承原理圖
軸承運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng),應(yīng)組織施工單位、監(jiān)理公司、設(shè)備供貨商及業(yè)主等有關(guān)人員進(jìn)行共同開箱,按裝箱單清點(diǎn)設(shè)備,檢查設(shè)備數(shù)量是否齊全,外觀檢查設(shè)備是否有碰撞損傷等現(xiàn)象,是否有嚴(yán)重的銹蝕現(xiàn)象。軸承解體要對(duì)各個(gè)零部件的位置打上記號(hào),防止組裝時(shí)裝反方向和裝錯(cuò)位置。軸承清洗干凈后,檢查軸瓦烏金是否有刮傷等現(xiàn)象,施工現(xiàn)場(chǎng)有條件的應(yīng)通知金檢人員對(duì)軸瓦烏金進(jìn)行著色檢查,檢查軸承烏金是否有裂紋、氣孔、夾渣、脫胎等缺陷。如果施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有條件進(jìn)行著色檢查,應(yīng)進(jìn)行浸泡煤油試驗(yàn),把軸承放在煤油箱里面,煤油深度要能淹沒(méi)整個(gè)軸承,浸泡二十四小時(shí)之后吊出來(lái),用碎布把煤油抹干凈,在軸承的表面涂上一層白石灰水,等到白石灰水風(fēng)干之后,檢查軸承瓦胎與烏金接合處是否有煤油滲出而浸濕白石灰水,分析判斷軸承瓦胎與烏金之間是否有鑄造不嚴(yán)實(shí)而脫落的現(xiàn)象。
雖然制造廠在設(shè)計(jì)制造軸承時(shí)已計(jì)算好軸承的承載能力和軸承的溫度。但考慮到加工精確度,軸承瓦胎鑄造后風(fēng)化時(shí)間是否足夠或者氣候的變化而造成軸承變形,就有可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子軸頸與軸承烏金接觸面積達(dá)不到 75%的要求,在以后運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中就會(huì)造成軸承烏金溫度局部偏高。因此在安裝施工過(guò)程中必須對(duì)軸頸與軸瓦烏金接觸面積進(jìn)行檢查。其方法是:把支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)下瓦吊裝在軸承座里,在轉(zhuǎn)子軸頸處涂上紅丹,把轉(zhuǎn)子水平吊放在軸瓦上面,盤動(dòng)轉(zhuǎn)子,使涂了紅丹的軸頸與軸瓦烏金發(fā)生磨擦,然后吊出轉(zhuǎn)子,檢查軸瓦烏金上面紅丹的接觸情況。接觸面積達(dá)不到圖紙要求的,應(yīng)用刮刀把凸出部分修刮掉,修刮用的刮刀刀口不能起線,刀口平整,同時(shí)要盡量保證烏金表面修刮后平滑過(guò)度,如此反覆進(jìn)行直致其接觸均勻。修刮時(shí)要把頂軸油進(jìn)油孔封堵好,以免刮出來(lái)的烏金屑掉進(jìn)去而把頂軸油進(jìn)油堵死。
軸承在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)考慮到軸承進(jìn)油壓力和進(jìn)油量,如果軸瓦中分面有間隙,不能夠密封有泄漏現(xiàn)象就會(huì)造成軸承進(jìn)油壓力降低,進(jìn)油量減少,這樣會(huì)影響軸瓦的烏金溫度和回油溫度,油膜厚度,因此必須要檢查軸承中分面的接合情況。把軸承上下半組合并擰緊中分面螺栓的情況下,用 0.05mm塞尺檢查不能塞入通過(guò),如果局部地方間隙偏大,要進(jìn)行研磨修刮,修刮時(shí)鏟刀的切削方向要與油的泄漏方向成垂直,以免由于鏟刀口的不平滑造成加工起槽產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象。
為了使軸承和轉(zhuǎn)子軸頸在縱向方向能更好地接合,固定式軸承(如圓筒軸承、橢圓軸承、三油楔軸承等)瓦套和軸承襯瓦套之間一般設(shè)計(jì)有球面配合,軸承運(yùn)抵施工現(xiàn)場(chǎng)后,其球面之間的接觸要進(jìn)行檢查??紤]到軸承襯瓦厚度不大,剛度不夠,容易發(fā)生彈性變形,檢查時(shí)要把整個(gè)軸承組裝好,在軸承瓦套球面處均勻涂上紅丹,把整個(gè)軸承組裝,插上中分面定位銷,擰緊中分面螺栓,上下左右搖動(dòng)軸瓦。如果軸瓦和瓦套之間緊力配合,軸瓦搖不動(dòng),可調(diào)節(jié)中分面螺栓的緊力使其能搖動(dòng),使軸瓦和瓦套球面的表面之間發(fā)生磨擦,兩個(gè)球面的表面就會(huì)有接觸的痕跡出來(lái),接觸不良的要進(jìn)行修刮。修刮過(guò)程要盡量保持其表面的光潔度,不能用角磨砂輪機(jī)等較為粗糙的加工工具進(jìn)行修刮,應(yīng)該選用鏟刀,油光銼刀等較為精細(xì)的加工工具進(jìn)行修刮。每次修刮的切削量不能太大,分多次慢慢進(jìn)行,等到接觸點(diǎn)均勻分布后,其表面用金相砂紙進(jìn)行拋光。球面檢修完成之后要經(jīng)施工單位質(zhì)量部、監(jiān)理單位工程師、業(yè)主等有關(guān)部門的人員檢查驗(yàn)收確認(rèn)。球面經(jīng)過(guò)修刮后,其配合間隙(或緊力)會(huì)發(fā)生改變,因此必須進(jìn)行重新測(cè)量。采用壓鉛絲的辦法進(jìn)行,由于間隙較?。ㄓ行┹S承設(shè)計(jì)是緊力)在軸承瓦套中分面處加臨時(shí)墊片把上瓦套墊起,臨時(shí)墊片的厚度選定后,鉛絲的直徑要與之相對(duì)應(yīng),鉛絲的壓縮量不能超過(guò)其直徑的二分之一,壓縮量過(guò)大,測(cè)量出來(lái)的數(shù)值不準(zhǔn)確,最好壓縮量是鉛絲直徑的三分之一左右。把鉛絲彎成一個(gè)圓形,放置在軸承球面的頂部中間處,軸承瓦套中分面處放置臨時(shí)墊片,組裝軸承,插上定位銷,對(duì)角均勻擰緊中分面螺栓,用塞尺檢查軸承瓦套縱向前后的間隙是否一致。(如果前后間隙偏差過(guò)大要分析原因,找出原因并加以處理后重新測(cè)量),檢查如果無(wú)異常,把中分面螺栓松開,撥出定位銷,吊起上半瓦套,用外徑千分卡尺測(cè)量鉛絲的厚度,用鉛絲的厚度減去臨時(shí)墊片的平均厚度,是正值即表示是間隙配合,若是負(fù)值即表示緊力配合。如果得出的數(shù)值與設(shè)計(jì)要求不相符,要進(jìn)行處理,間隙過(guò)大(緊力偏?。┛梢孕薰屋S承瓦套中分面來(lái)進(jìn)行調(diào)整,間隙過(guò)?。ňo力偏大)可以在軸承瓦套中分面加不銹鋼墊片調(diào)整。
根據(jù)支持軸承的工作原理,每個(gè)軸瓦應(yīng)有足夠的潤(rùn)滑油量及時(shí)把軸瓦內(nèi)的熱量帶走,才能保證軸瓦烏金溫度始終保持在允許的范圍之內(nèi)(在70℃~90℃的范圍內(nèi),是正常狀況,極限≤100℃~110℃)這就要求軸頸和軸瓦之間要有足夠的間隙。也就是說(shuō)在運(yùn)行狀態(tài)下,要有足夠的供油量來(lái)保證油膜的厚度,為了能夠保證軸瓦有足夠的供油量,在圓筒瓦軸承和橢圓軸承下瓦左右中分面往下開一個(gè)進(jìn)油油囊,油囊的寬度和下瓦進(jìn)油口的寬度一樣,長(zhǎng)度是把下瓦內(nèi)半圓周長(zhǎng)分成三等份。左右油囊各占三分之一,油囊的下部修刮成半橢圓形,其深度是底部半橢圓形處0.05~0.10mm,靠上端軸瓦中分面處是0.60~0.80mm。機(jī)組運(yùn)行時(shí),油囊里面充滿著潤(rùn)滑油,轉(zhuǎn)子軸頸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就有足夠的潤(rùn)滑油被帶到軸頸下方而形成較大的油膜厚度,油囊里面的油在轉(zhuǎn)子軸頸高速轉(zhuǎn)動(dòng)的帶引下,也是在高速轉(zhuǎn)動(dòng),自上至下油膜壓力在不斷升高,如果油囊表面修刮不平滑就會(huì)造成油膜壓力波動(dòng),造成“油膜振動(dòng)”而引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng),因此油囊表面自上至下要平滑過(guò)渡。修刮時(shí)可將油囊的長(zhǎng)度分成約干等份,每等份處畫上記號(hào)(等份越多越精確),計(jì)算出各等份處的深度。若靠軸瓦中分面處深度是 0.80mm,往下四分之一處深度0.60mm,中間處深度0.40mm,再往下四分之一就是0.20mm,最低處就是0.05mm(如圖3)所示。油囊深度的測(cè)量辦法是用一把比軸瓦寬度稍長(zhǎng)的直尺(如深度游標(biāo)卡尺的主尺)靠在軸瓦上壓實(shí),用塞尺測(cè)量各等分記號(hào)處的深度,各等份處的深度修刮到符合要求,油囊的表面就較平滑,不會(huì)形成波浪形。由于各制造廠的設(shè)計(jì)要求不同,油囊是否要加工修刮,加工深度是多少要征得制造廠的確認(rèn)之后,方可進(jìn)行修刮,以免造成不應(yīng)有的錯(cuò)誤。
圖3 支持軸承油囊修刮示意圖
考慮到汽輪機(jī)組在安裝和以后的檢修中,便于軸系中心的調(diào)整,設(shè)備制造廠在設(shè)計(jì)和選用不同軸承型式的基礎(chǔ)上,根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)型式和位置等因素設(shè)計(jì)選用不同的支承型式,把軸承支承固定在軸承座上面。有選用無(wú)瓦枕支承固定方式,有些選用固定(不能折卸)的瓦枕支承方式,還有些選用可拆裝調(diào)整瓦枕支承方式,轉(zhuǎn)子的重量和軸承的重量是靠瓦枕支承在軸承座上面,使用調(diào)整墊片調(diào)整軸系中心,墊片的張數(shù)不能太多,部頒標(biāo)準(zhǔn)不得超過(guò)三張??刹鹧b調(diào)整瓦枕支承固定方式下瓦通常是兩塊或叁塊瓦枕支承,上瓦頂部設(shè)有一塊瓦枕,瓦枕和軸承座之間要求接觸嚴(yán)密,由于轉(zhuǎn)子的載荷較大加上轉(zhuǎn)子是高速轉(zhuǎn)動(dòng),如果瓦枕與軸承座之間接觸不夠嚴(yán)密會(huì)造成轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。因此,當(dāng)軸承,軸承座,轉(zhuǎn)子等設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng),軸承進(jìn)行檢修后,把下瓦吊放在軸承座上面,吊進(jìn)轉(zhuǎn)子,測(cè)量轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)油檔洼窩的中心位置,根據(jù)測(cè)量出來(lái)的數(shù)據(jù),調(diào)整瓦枕墊片厚度,達(dá)到轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)油檔的洼窩中心。由于瓦枕與軸承座洼窩是圓孤形接觸,調(diào)正之后瓦枕圓弧幾何尺寸發(fā)生變化,與軸承座洼窩圓弧幾何尺寸不符合,因此必須修刮瓦枕的圓弧達(dá)到與軸承座洼窩圓弧相吻合。各瓦枕墊片調(diào)整量計(jì)算,是根據(jù)瓦枕中心和軸承園周中心點(diǎn)的連線與軸承垂直中心線的夾角θ來(lái)計(jì)算(見圖4),需要調(diào)整的數(shù)值和COSθ的乘積。即為該瓦枕調(diào)整墊片的調(diào)整量(例:轉(zhuǎn)子要升高0.10mm,底部瓦枕調(diào)整墊片加厚0.10mm,左右兩塊瓦塊的調(diào)整墊片,調(diào)整量是0.10mm×COSθ)。
汽輪機(jī)扣大蓋之前,瓦枕的研磨不用翻瓦可直接在軸承上面研磨。但汽輪機(jī)扣大蓋后,待基礎(chǔ)二次灌漿完成,連通管導(dǎo)汽管安裝完畢,轉(zhuǎn)子聯(lián)軸器連接前的軸系中心復(fù)查,由于轉(zhuǎn)子不能吊走,就需要把下瓦翻出來(lái)才能修刮??紤]到在翻瓦過(guò)程涂在瓦枕上面的紅丹接觸點(diǎn)有部分是翻瓦時(shí)由于瓦枕和軸承座洼窩表面發(fā)生磨擦而產(chǎn)生的接觸假點(diǎn),因此在下瓦翻出來(lái)之前,使用塞尺檢查瓦枕與軸承座之間的接觸情況,判斷確認(rèn)那些接觸痕跡是真,那些接觸痕跡是假。如果把所有的接觸痕跡都研磨掉,很難把軸承瓦枕修刮好。軸承瓦枕接觸要達(dá)到均勻接觸,接觸面積不能少于 75%,且 0.03mm塞尺不能塞入。有些軸承設(shè)計(jì)時(shí)軸承瓦枕處開有進(jìn)油孔,進(jìn)油孔的整個(gè)圓周必須接觸嚴(yán)密,以防漏油而造成軸瓦進(jìn)油壓力降低進(jìn)油量減少。
汽輪機(jī)軸系一般都設(shè)置有推力軸承,用來(lái)承受軸系的軸向推力。其推力盤,油膜,推力瓦塊之間的工作原理與支持軸承類似。只是其載荷不是轉(zhuǎn)子的重量,而是軸系的軸向推力。推力軸承分為工作側(cè)瓦塊和非工作側(cè)瓦塊。檢修時(shí)要檢查測(cè)量每側(cè)瓦塊的厚度差。同側(cè)瓦塊的厚度差不能超過(guò)0.02mm。根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向確認(rèn)瓦塊的進(jìn)油方向(工作側(cè)與非工作側(cè)方向相反)。在進(jìn)油方向處要修刮進(jìn)油油楔。瓦塊與推力盤之間的接觸的檢查,由于瓦塊間存在厚度差,瓦塊與推力盤之間的接觸情況不能單獨(dú)進(jìn)行,采用模擬運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行。組裝好推力瓦,軸向加力(約5噸左右)推動(dòng)轉(zhuǎn)子,使推力盤與推力瓦塊貼實(shí)后盤動(dòng)轉(zhuǎn)子。涂在瓦塊上的紅丹就會(huì)有接觸痕跡出現(xiàn)。同樣的辦法檢查另一側(cè)瓦塊的接觸情況,接觸不均勻的要進(jìn)行修刮,直至修刮到每塊瓦塊接觸良好受力均勻。各個(gè)推力瓦塊接觸合格后,才能進(jìn)行推力間隙測(cè)量工序。若推力間隙不符合設(shè)計(jì)要求,可調(diào)整支持環(huán)背后的調(diào)整墊塊厚度來(lái)達(dá)到。
汽輪機(jī)扣完大蓋,軸系中心的復(fù)查結(jié)束,靠背輪連接完畢,潤(rùn)滑油的油質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)合格,油循環(huán)結(jié)束后,軸承的安裝進(jìn)行正式封閉工作??紤]到潤(rùn)滑油質(zhì)的問(wèn)題,整個(gè)軸承必須徹底清洗并用壓縮空氣吹掃干凈。軸瓦的各項(xiàng)安裝數(shù)據(jù)需最后測(cè)定確認(rèn)。頂軸油進(jìn)油孔必須確認(rèn)里面無(wú)雜質(zhì)通暢。下半軸瓦翻上來(lái)后,應(yīng)馬上封堵好軸承座的進(jìn)油孔,防止雜物掉進(jìn)油孔里面。在軸系找中心盤車及翻瓦的過(guò)程,有可能造成轉(zhuǎn)子軸頸和軸瓦烏金拉毛。此時(shí)轉(zhuǎn)子軸頸處需用麻繩加潤(rùn)滑油泡光滑,軸瓦烏金表面使用刮刀修刮光滑。軸瓦回裝前要確認(rèn)熱電偶的完好,并用壓縮空氣把軸承吹掃干凈,表面抹上潤(rùn)滑油。下半軸瓦安裝到位后,最好重新檢測(cè)熱電偶是否完好。若是圓筒形軸承、橢圓形軸承,使用塞尺重新測(cè)量確認(rèn)側(cè)部間隙,采用壓鉛絲的辦法重新測(cè)量軸瓦頂部間隙??蓛A瓦由于瓦塊可以活動(dòng),瓦塊在翻瓦時(shí)要利用特制的固定螺釘(專用工具)擰入瓦塊內(nèi),將瓦塊固定在軸承套上面,防止吊裝時(shí)瓦塊脫落。不能采用壓鉛絲的辦法測(cè)量可傾瓦的頂部間隙。有些制造廠(如上海汽輪機(jī)廠600MW機(jī)組)在瓦套上面加工有測(cè)量用的孔,如果有測(cè)量孔的可用深度千分尺測(cè)量瓦塊的提升量。如果瓦套上面沒(méi)有測(cè)量孔(哈爾濱汽輪機(jī)廠300MW機(jī)組)的,用兩顆特制的螺釘(專用工具)把瓦塊提起來(lái),用塞尺在瓦塊前后處測(cè)量。由于瓦塊前后擺動(dòng),用兩把塞尺前后同時(shí)塞,取平均值即可以了。安裝下半軸承,有個(gè)值得注意的問(wèn)題,就是軸承防止由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)的定位銷。如果設(shè)計(jì)在軸承水平中分面處,下瓦安裝到位之后,最好用銅捧把軸瓦往回敲一點(diǎn)點(diǎn),使定位銷不受力。由于定位銷受力,就有可能出現(xiàn)不靠定位銷側(cè)的瓦枕受力較重,底部瓦枕受力較輕,靠定位銷側(cè)的瓦枕不受力,造成瓦枕受力不均勻。軸承安裝不到位,左右偏移,這樣有可能引起轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),軸承和轉(zhuǎn)子的振動(dòng)偏大。
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TM311
A
1008-1151(2011)08-0134-03
2011-05-12
駱建成,供職于廣東拓奇電力技術(shù)發(fā)展有限公司。
圖4