汽輪機(jī)軸瓦溫度高的原因分析及處理

劉晶晶，焦軍政，楊竹青

(1.中電投河南電力檢修工程有限公司，河南 鄭州 450000;2.澳大利亞迪肯大學(xué)，維多利亞 墨爾本 3125)

0 引言

某電廠引進(jìn)型350 MW機(jī)組為亞臨界一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸凝汽式汽輪機(jī)，該機(jī)組共有3個(gè)落地式軸承座，設(shè)有4個(gè)徑向軸承，其中:#1，#2軸承為可傾瓦;#3軸承下半部為可傾瓦塊結(jié)構(gòu)，上部為圓筒形軸承;#4軸承為圓筒形軸承，設(shè)有1個(gè)推力軸承，推力軸承布置在#1軸承座內(nèi)。運(yùn)行過程中，#2徑向支持軸瓦溫度偏高，一般情況下為85℃左右，最高達(dá)到91℃，且還有增大趨勢(shì)，設(shè)計(jì)95℃報(bào)警，105℃停機(jī)。#2軸瓦溫度高會(huì)降低軸承使用壽命甚至導(dǎo)致其損壞，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全運(yùn)行。

1 影響軸瓦溫度的因素

由于汽輪機(jī)軸承處在高轉(zhuǎn)速、大載荷的工作條件下，所以要求軸承工作必須安全、可靠且摩擦力小。為了滿足這些要求，汽輪機(jī)軸承都采用以油膜潤(rùn)滑理論為基礎(chǔ)的滑動(dòng)軸承，由供油系統(tǒng)連續(xù)不斷地向軸承內(nèi)供給壓力、溫度符合要求的潤(rùn)滑油。轉(zhuǎn)子的軸頸支撐在澆有一層質(zhì)軟、熔點(diǎn)低的巴氏合金的軸瓦上，并作高速旋轉(zhuǎn)，使軸頸與軸瓦之間形成油膜，建立液體摩擦，從而減小摩擦阻力。摩擦產(chǎn)生的熱量被回油帶走，使軸承溫度始終保持在合理的范圍內(nèi)。

軸承的工作情況主要依據(jù)軸承溫度、軸承回油溫度、軸承振動(dòng)、軸系的穩(wěn)定性等來衡量。影響軸瓦溫度的因素有:

(1)軸瓦巴氏合金工作面有脫胎、損傷現(xiàn)象，或與軸頸接觸不均勻。若軸瓦有脫落、損傷，會(huì)破壞油膜的穩(wěn)定性;接觸不良會(huì)導(dǎo)致軸頸與軸瓦局部摩擦增大、軸瓦溫度升高。

(2)軸瓦載荷分配不均。軸瓦載荷分配不均的原因是轉(zhuǎn)子中心存在偏差、軸承座溫度和揚(yáng)度發(fā)生變化、轉(zhuǎn)子受到向下的力過大、軸振動(dòng)過大、轉(zhuǎn)速超過允許值、軸封漏汽引起軸承座標(biāo)高發(fā)生變化等。對(duì)于動(dòng)壓式滑動(dòng)軸承，如果軸承載荷過小，軸承油膜則會(huì)過厚，容易失穩(wěn)而發(fā)生油膜振蕩;如果軸承載荷過大，油膜容易破裂而使軸瓦和軸頸局部發(fā)生干摩擦而使軸瓦溫度升高。

(3)軸承潤(rùn)滑油溫度過高。潤(rùn)滑油溫度過高或過低，潤(rùn)滑油黏度不合格，油流量過大或過小，潤(rùn)滑油短油、回油不暢、油質(zhì)不良或油質(zhì)惡化，潤(rùn)滑油油壓力過低或過高，油流中或軸承內(nèi)存在氣體或雜物，頂軸油管逆止閥不嚴(yán)導(dǎo)致油膜壓力下降等都會(huì)造成軸承潤(rùn)滑油溫度過高，潤(rùn)滑油失去潤(rùn)滑冷卻效果，導(dǎo)致軸瓦溫度升高。

(4)潤(rùn)滑油油量不足。軸承潤(rùn)滑油有潤(rùn)滑和冷卻功能，如果軸瓦進(jìn)油量不足或排油不暢，運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量無(wú)法及時(shí)帶走，就會(huì)導(dǎo)致軸瓦溫度偏高。

(5)軸瓦油隙不合格也會(huì)造成軸瓦溫度高。軸瓦與軸頂部間隙過小，機(jī)組高速旋轉(zhuǎn)過程中緊力大，油膜遭到破壞，導(dǎo)致軸頸與軸瓦烏金表面發(fā)生干摩擦，造成軸瓦溫度升高。

(6)汽缸熱輻射影響。若軸瓦附近汽缸保溫效果不好，會(huì)使汽缸熱量直接輻射至軸瓦，導(dǎo)致溫度升高。

(7)軸瓦安裝有問題，使軸瓦球面自動(dòng)調(diào)整能力變差或進(jìn)油孔處墊鐵接觸不好。軸承緊力過大、軸承底座墊片過多、可傾瓦墊塊裝反限制了活動(dòng)范圍、軸承安裝偏斜、軸承與軸頸揚(yáng)度不一致(不同軸)等，都可能使軸瓦自動(dòng)調(diào)整能力變差，從而導(dǎo)致軸瓦溫度升高。

(8)軸承溫度測(cè)量系統(tǒng)異常。例如溫度測(cè)量元件損壞、溫度測(cè)量后補(bǔ)償方法或標(biāo)準(zhǔn)不對(duì)、安裝不正確、溫度補(bǔ)償系統(tǒng)受外界干擾等，都會(huì)使測(cè)溫產(chǎn)生誤差。

2 軸瓦溫度升高的現(xiàn)象及分析

#2軸承為密切爾式支持軸承，由4塊能在支點(diǎn)上自由傾斜的弧形瓦塊組成，軸承上、下半各有2塊可傾瓦，瓦塊工作時(shí)隨著轉(zhuǎn)速、載荷及油溫的不同而自由擺動(dòng)，在軸頸四周形成多油楔。若忽略瓦塊的慣性、支點(diǎn)的摩擦阻力及油膜剪切摩擦阻力等的影響，則每個(gè)瓦塊作用到軸頸上的油膜作用力均通過軸頸中心，故具有較高的穩(wěn)定性。但這種軸承結(jié)構(gòu)在半圓內(nèi)至少有2個(gè)瓦塊，其結(jié)構(gòu)相對(duì)較為復(fù)雜，給制造、安裝和檢修增加了一定的難度。

軸承的潤(rùn)滑油由軸承底部的一個(gè)通道進(jìn)入，通過軸承鍵中心的一個(gè)孔口進(jìn)入軸承外殼的下半部，沿軸流向軸承外殼環(huán)形空間兩端。油再?gòu)沫h(huán)形空間經(jīng)6個(gè)孔口進(jìn)入軸承瓦塊，沿軸頸分布，并從軸頸兩端排出，其中2個(gè)孔口位于軸承垂直中心線的頂部，2個(gè)孔口位于水平線上。在軸承的兩側(cè)均裝有油封環(huán)，以防止?jié)櫥痛罅啃孤?，同時(shí)為了保證油封環(huán)工作可靠，油封環(huán)上有1個(gè)油槽，并設(shè)有排油口，使被阻擋的油很快排出。

2.1 機(jī)組運(yùn)行中 #2軸瓦數(shù)據(jù)及分析

機(jī)組正常運(yùn)行過程中，#2軸瓦溫度一般在85℃左右(正常值約為65℃)，夏季滿負(fù)荷時(shí)最高達(dá)到91℃，回油溫度偏高，嚴(yán)重威脅了機(jī)組的安全運(yùn)行。#2軸瓦溫度隨機(jī)組負(fù)荷變化曲線如圖1所示。

圖1 #2軸瓦溫度隨機(jī)組負(fù)荷變化曲線

由圖1可以看出，機(jī)組各個(gè)負(fù)荷段#2軸瓦溫度都較高。從整個(gè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)來看，軸瓦進(jìn)油溫度和壓力都正常，其他軸瓦溫度都正常，只有#2軸瓦回油溫度偏高，說明#2軸瓦自身存在缺陷，與機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)和機(jī)組負(fù)荷沒有關(guān)系。因此，應(yīng)從該瓦的載荷分配、節(jié)流孔板直徑、軸承油間隙及軸承合金澆鑄質(zhì)量等方面查找原因，然后進(jìn)行針對(duì)性的治理。

2.2 #2軸瓦解體檢修中發(fā)現(xiàn)的問題及分析

在機(jī)組B級(jí)檢修中對(duì)#2軸瓦進(jìn)行全面解體，發(fā)現(xiàn)#2軸承頂部間隙超標(biāo)(設(shè)計(jì)值為0.61～0.71 mm，實(shí)測(cè)值為0.78 mm)。對(duì)中低對(duì)輪中心進(jìn)行了復(fù)查，中低對(duì)輪全缸中心:下張口0.185 mm，右張口0.165mm，高壓轉(zhuǎn)子低0.020mm，偏左0.035mm;半缸中心:下張口0.165mm，右張口0.185mm，高壓轉(zhuǎn)子低0.050 mm，偏左0.055 mm。設(shè)計(jì)值:高壓轉(zhuǎn)子低0.100 mm，下張口 0.158 mm，其余外圓張口均≤0.020 mm。高壓轉(zhuǎn)子偏高，右張口超標(biāo)較多。

軸承下部瓦塊巴氏合金有輕微燒傷，無(wú)明顯劃痕，對(duì)軸瓦表面巴氏合金進(jìn)行著色檢查，沒有發(fā)現(xiàn)脫胎和裂紋;對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子軸頸表面也完好、無(wú)劃痕，測(cè)量軸頸橢圓度、錐度都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

對(duì)軸承下部墊鐵進(jìn)行接觸檢查，發(fā)現(xiàn)帶來油孔的墊鐵與軸承座洼窩接觸不好。并對(duì)軸承節(jié)流孔板進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)異物，孔徑大小與設(shè)計(jì)值相符。

對(duì)#2軸瓦進(jìn)行解體分析后可知，中低轉(zhuǎn)子中心偏差較大，高壓轉(zhuǎn)子偏高，造成#2軸瓦載荷大，是#2軸瓦溫度高的主要原因。

3 處理措施

綜合以上分析，結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況，現(xiàn)對(duì)#2軸瓦采取以下處理措施:

(1)適當(dāng)調(diào)整#2瓦標(biāo)高，重新對(duì)軸瓦進(jìn)行載荷分配。軸瓦的載荷分配就是通常所說的轉(zhuǎn)子找中，一般是在大修中將聯(lián)軸器斷開，調(diào)整聯(lián)軸器端面和圓周偏差，對(duì)于半擾動(dòng)性或固定式聯(lián)軸器而言，這種找正結(jié)果與2個(gè)轉(zhuǎn)子是否同心沒有任何關(guān)系，而是在找軸瓦的載荷分配。真正的轉(zhuǎn)子找中心是在聯(lián)軸器連接螺栓擰緊的情況下，檢測(cè)軸頸的偏心值。

此次擴(kuò)大型B級(jí)檢修包含了高中壓缸解體檢修，為徹底解決#2軸瓦溫度高的問題創(chuàng)造了條件。此次檢修調(diào)整了#2軸瓦墊鐵，減輕了該軸瓦的載荷，兼顧轉(zhuǎn)子揚(yáng)度的同時(shí)調(diào)整中低聯(lián)軸器左右外圓及張口到標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，中低對(duì)輪全缸中心:下張口0.1750 mm，右張口0.0175 mm，高壓轉(zhuǎn)子低0.1000 mm，偏左0.0150 mm。

(2)重新研瓦，使其墊鐵接觸符合軸瓦檢修工藝要求，即墊鐵與軸承座洼窩的接觸面積占?jí)|鐵總面積的75%以上，且接觸點(diǎn)應(yīng)均勻分布，特別是對(duì)帶來油孔的墊鐵，油孔周圍接觸點(diǎn)一定要嚴(yán)密，以防潤(rùn)滑油外泄。

(3)檢查瓦與軸頸的接觸面、軸與軸瓦各部位的間隙和軸承緊力，要求符合相關(guān)規(guī)范。

(4)修刮可傾瓦塊的進(jìn)、出油斜邊，減小流通阻力，從而增加了潤(rùn)滑油的流量。

(5)回裝時(shí)通過內(nèi)窺鏡檢查進(jìn)油孔內(nèi)是否有殘留異物;落入下瓦時(shí)一定要放正，檢查下半可傾瓦瓦塊活動(dòng)情況，確保活動(dòng)自如，沒有明顯的阻力;落入轉(zhuǎn)子后盤車幾圈，檢查軸瓦水平是否與軸承座水平一致。

采取以上措施后，機(jī)組成功啟動(dòng)，#2軸瓦瓦溫明顯下降，其他運(yùn)行參數(shù)都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。機(jī)組B修后，雖然#3軸瓦溫度有所增加，但仍然在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其他軸瓦各項(xiàng)參數(shù)均正常。

通過對(duì)比#2，#3軸瓦修前、修后的參數(shù)可知，調(diào)整軸瓦載荷是處理軸瓦溫度的主要手段。檢修過程中軸系載荷分配一定要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還要注重檢修工藝質(zhì)量，減小測(cè)量誤差，對(duì)于重要數(shù)據(jù)一定要嚴(yán)格按照質(zhì)量驗(yàn)收程序進(jìn)行驗(yàn)收，不給機(jī)組的安全運(yùn)行留下任何隱患。

4 結(jié)束語(yǔ)

軸承是汽輪機(jī)的重要組成部件，其溫度過高不僅會(huì)損壞部件，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組停機(jī)，為電力生產(chǎn)帶來了安全隱患。本文通過正向推理診斷故障方法，對(duì)#2軸瓦溫度高的案例進(jìn)行了分析，然后與影響因素對(duì)比，找到了原因，通過重新調(diào)整軸系載荷分配，成功地處理了#2軸瓦溫度高的缺陷。

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