汽轮机轴瓦温度高的原因分析及处理

时间：2024-07-28

刘晶晶，焦军政，杨竹青

(1.中电投河南电力检修工程有限公司，河南郑州 450000;2.澳大利亚迪肯大学，维多利亚墨尔本 3125)

0 引言

某电厂引进型350 MW机组为亚临界一次中间再热、双缸双排汽、单轴凝汽式汽轮机，该机组共有3个落地式轴承座，设有4个径向轴承，其中:#1，#2轴承为可倾瓦;#3轴承下半部为可倾瓦块结构，上部为圆筒形轴承;#4轴承为圆筒形轴承，设有1个推力轴承，推力轴承布置在#1轴承座内。运行过程中，#2径向支持轴瓦温度偏高，一般情况下为85℃左右，最高达到91℃，且还有增大趋势，设计95℃报警，105℃停机。#2轴瓦温度高会降低轴承使用寿命甚至导致其损坏，严重影响了机组安全运行。

1 影响轴瓦温度的因素

由于汽轮机轴承处在高转速、大载荷的工作条件下，所以要求轴承工作必须安全、可靠且摩擦力小。为了满足这些要求，汽轮机轴承都采用以油膜润滑理论为基础的滑动轴承，由供油系统连续不断地向轴承内供给压力、温度符合要求的润滑油。转子的轴颈支撑在浇有一层质软、熔点低的巴氏合金的轴瓦上，并作高速旋转，使轴颈与轴瓦之间形成油膜，建立液体摩擦，从而减小摩擦阻力。摩擦产生的热量被回油带走，使轴承温度始终保持在合理的范围内。

轴承的工作情况主要依据轴承温度、轴承回油温度、轴承振动、轴系的稳定性等来衡量。影响轴瓦温度的因素有:

(1)轴瓦巴氏合金工作面有脱胎、损伤现象，或与轴颈接触不均匀。若轴瓦有脱落、损伤，会破坏油膜的稳定性;接触不良会导致轴颈与轴瓦局部摩擦增大、轴瓦温度升高。

(2)轴瓦载荷分配不均。轴瓦载荷分配不均的原因是转子中心存在偏差、轴承座温度和扬度发生变化、转子受到向下的力过大、轴振动过大、转速超过允许值、轴封漏汽引起轴承座标高发生变化等。对于动压式滑动轴承，如果轴承载荷过小，轴承油膜则会过厚，容易失稳而发生油膜振荡;如果轴承载荷过大，油膜容易破裂而使轴瓦和轴颈局部发生干摩擦而使轴瓦温度升高。

(3)轴承润滑油温度过高。润滑油温度过高或过低，润滑油黏度不合格，油流量过大或过小，润滑油短油、回油不畅、油质不良或油质恶化，润滑油油压力过低或过高，油流中或轴承内存在气体或杂物，顶轴油管逆止阀不严导致油膜压力下降等都会造成轴承润滑油温度过高，润滑油失去润滑冷却效果，导致轴瓦温度升高。

(4)润滑油油量不足。轴承润滑油有润滑和冷却功能，如果轴瓦进油量不足或排油不畅，运行中产生的热量无法及时带走，就会导致轴瓦温度偏高。

(5)轴瓦油隙不合格也会造成轴瓦温度高。轴瓦与轴顶部间隙过小，机组高速旋转过程中紧力大，油膜遭到破坏，导致轴颈与轴瓦乌金表面发生干摩擦，造成轴瓦温度升高。

(6)汽缸热辐射影响。若轴瓦附近汽缸保温效果不好，会使汽缸热量直接辐射至轴瓦，导致温度升高。

(7)轴瓦安装有问题，使轴瓦球面自动调整能力变差或进油孔处垫铁接触不好。轴承紧力过大、轴承底座垫片过多、可倾瓦垫块装反限制了活动范围、轴承安装偏斜、轴承与轴颈扬度不一致(不同轴)等，都可能使轴瓦自动调整能力变差，从而导致轴瓦温度升高。

(8)轴承温度测量系统异常。例如温度测量元件损坏、温度测量后补偿方法或标准不对、安装不正确、温度补偿系统受外界干扰等，都会使测温产生误差。

2 轴瓦温度升高的现象及分析

#2轴承为密切尔式支持轴承，由4块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成，轴承上、下半各有2块可倾瓦，瓦块工作时随着转速、载荷及油温的不同而自由摆动，在轴颈四周形成多油楔。若忽略瓦块的惯性、支点的摩擦阻力及油膜剪切摩擦阻力等的影响，则每个瓦块作用到轴颈上的油膜作用力均通过轴颈中心，故具有较高的稳定性。但这种轴承结构在半圆内至少有2个瓦块，其结构相对较为复杂，给制造、安装和检修增加了一定的难度。

轴承的润滑油由轴承底部的一个通道进入，通过轴承键中心的一个孔口进入轴承外壳的下半部，沿轴流向轴承外壳环形空间两端。油再从环形空间经6个孔口进入轴承瓦块，沿轴颈分布，并从轴颈两端排出，其中2个孔口位于轴承垂直中心线的顶部，2个孔口位于水平线上。在轴承的两侧均装有油封环，以防止润滑油大量泄漏，同时为了保证油封环工作可靠，油封环上有1个油槽，并设有排油口，使被阻挡的油很快排出。

2.1 机组运行中 #2轴瓦数据及分析

机组正常运行过程中，#2轴瓦温度一般在85℃左右(正常值约为65℃)，夏季满负荷时最高达到91℃，回油温度偏高，严重威胁了机组的安全运行。#2轴瓦温度随机组负荷变化曲线如图1所示。

图1 #2轴瓦温度随机组负荷变化曲线

由图1可以看出，机组各个负荷段#2轴瓦温度都较高。从整个机组运行参数来看，轴瓦进油温度和压力都正常，其他轴瓦温度都正常，只有#2轴瓦回油温度偏高，说明#2轴瓦自身存在缺陷，与机组润滑油系统和机组负荷没有关系。因此，应从该瓦的载荷分配、节流孔板直径、轴承油间隙及轴承合金浇铸质量等方面查找原因，然后进行针对性的治理。

2.2 #2轴瓦解体检修中发现的问题及分析

在机组B级检修中对#2轴瓦进行全面解体，发现#2轴承顶部间隙超标(设计值为0.61～0.71 mm，实测值为0.78 mm)。对中低对轮中心进行了复查，中低对轮全缸中心:下张口0.185 mm，右张口0.165mm，高压转子低0.020mm，偏左0.035mm;半缸中心:下张口0.165mm，右张口0.185mm，高压转子低0.050 mm，偏左0.055 mm。设计值:高压转子低0.100 mm，下张口 0.158 mm，其余外圆张口均≤0.020 mm。高压转子偏高，右张口超标较多。

轴承下部瓦块巴氏合金有轻微烧伤，无明显划痕，对轴瓦表面巴氏合金进行着色检查，没有发现脱胎和裂纹;对应转子轴颈表面也完好、无划痕，测量轴颈椭圆度、锥度都在标准范围内。

对轴承下部垫铁进行接触检查，发现带来油孔的垫铁与轴承座洼窝接触不好。并对轴承节流孔板进行了检查，没有发现异物，孔径大小与设计值相符。

对#2轴瓦进行解体分析后可知，中低转子中心偏差较大，高压转子偏高，造成#2轴瓦载荷大，是#2轴瓦温度高的主要原因。

3 处理措施

综合以上分析，结合机组的实际情况，现对#2轴瓦采取以下处理措施:

(1)适当调整#2瓦标高，重新对轴瓦进行载荷分配。轴瓦的载荷分配就是通常所说的转子找中，一般是在大修中将联轴器断开，调整联轴器端面和圆周偏差，对于半扰动性或固定式联轴器而言，这种找正结果与2个转子是否同心没有任何关系，而是在找轴瓦的载荷分配。真正的转子找中心是在联轴器连接螺栓拧紧的情况下，检测轴颈的偏心值。

此次扩大型B级检修包含了高中压缸解体检修，为彻底解决#2轴瓦温度高的问题创造了条件。此次检修调整了#2轴瓦垫铁，减轻了该轴瓦的载荷，兼顾转子扬度的同时调整中低联轴器左右外圆及张口到标准范围内，中低对轮全缸中心:下张口0.1750 mm，右张口0.0175 mm，高压转子低0.1000 mm，偏左0.0150 mm。

(2)重新研瓦，使其垫铁接触符合轴瓦检修工艺要求，即垫铁与轴承座洼窝的接触面积占垫铁总面积的75%以上，且接触点应均匀分布，特别是对带来油孔的垫铁，油孔周围接触点一定要严密，以防润滑油外泄。

(3)检查瓦与轴颈的接触面、轴与轴瓦各部位的间隙和轴承紧力，要求符合相关规范。

(4)修刮可倾瓦块的进、出油斜边，减小流通阻力，从而增加了润滑油的流量。

(5)回装时通过内窥镜检查进油孔内是否有残留异物;落入下瓦时一定要放正，检查下半可倾瓦瓦块活动情况，确保活动自如，没有明显的阻力;落入转子后盘车几圈，检查轴瓦水平是否与轴承座水平一致。

采取以上措施后，机组成功启动，#2轴瓦瓦温明显下降，其他运行参数都在标准范围内。机组B修后，虽然#3轴瓦温度有所增加，但仍然在标准范围内，其他轴瓦各项参数均正常。

通过对比#2，#3轴瓦修前、修后的参数可知，调整轴瓦载荷是处理轴瓦温度的主要手段。检修过程中轴系载荷分配一定要严格按照设计要求进行调整，同时还要注重检修工艺质量，减小测量误差，对于重要数据一定要严格按照质量验收程序进行验收，不给机组的安全运行留下任何隐患。