密切爾推力軸承故障原因分析與處理

潘世漢，盧建中

（臺州發電廠，浙江 臺州 318016）

125 MW機組通常采用單獨的、具有自位球面的密切爾式推力軸承。這種推力軸承由球面座（或稱瓦枕）、瓦塊安裝環、推力瓦塊、進油擋油環、回油擋油環等部件組成，見圖1，其特點是：推力瓦塊的背面為線支承，依靠其背面的銷孔，將瓦塊安裝在球面安裝環的銷釘上，瓦塊在運轉時可以圍繞銷釘略微傾斜，與推力盤之間構成一定角度而形成油楔。瓦塊安裝環與球面座之間采用球形配合，由于球面安裝環具有自位調整功能，可保持各瓦塊始終處于均勻受力狀態。

圖1 密切爾式推力軸承結構示意圖

密切爾推力軸承雖具有上述特點，但由于是早期設計，對裝配工藝和運行時的自位調整能力要求較高，也容易出現問題。臺州發電廠4臺125 MW機組、溫州發電廠2臺125 MW機組、福建邵武發電廠1臺125 MW機組推力軸承均出現過推力溫度偏高現象。對該類故障的原因進行分析并提出相應處理措施，可為同型機組提供參考。

1 故障原因分析及處理

1.1 瓦塊測溫元件異常

密切爾推力軸承瓦溫測量孔由瓦塊出油側鉆孔而成，測溫孔在烏金表面以下2～3 mm處。當出現以下問題時，就會使瓦溫測量異常：測溫元件引出線絕緣損壞（老化或斷裂）產生短路；引出線老化后再經往復活動，致使導線斷裂而造成開路；因安裝或布置不當使引出線與元件之間拉得過緊，妨礙瓦塊的自由擺動等。以臺州發電廠1號機為例，1號機大修投運后推力軸承溫度一直穩定在75℃以下。8月31日，機組負荷135 MW，非工作面推力瓦第7點溫度升高至104.4℃，而相鄰的第6，8點溫度則為52.2℃、54.4℃，軸向位移為-0.01 mm。為便于分析，將負荷降至100 MW，第7點溫度為104.2℃，基本不變，第6，8點溫度為49.9℃、51.2℃，軸向位移+0.01 mm。后將負荷回到135 MW運行時，潤滑油溫40.7℃，軸向位移為-0.05 mm，非工作面回油溫度55.1℃，第7點溫度從105℃升高至164.6℃，而第6，8點溫度則為50.1℃，52.4℃。查閱歷史曲線，發現自8月20日開始，推力瓦第7點溫度從65℃逐漸升高，至24日出現突變，從94℃升至101℃，30日又突然降低至94℃。

根據上述情況，可以認為是測溫元件故障導致測量結果不準確。電廠儀控人員將非工作面第7點與其他測點測量通道進行調換，對卡件等測量元件進行處理后，第7點溫度迅速降低至93℃。

1.2 增容機組軸向推力增大

臺州發電廠、溫州發電廠自2000年開始陸續對多臺125 MW機組汽輪機通流部分進行技術改造，改造后推力軸承仍然保留原密切爾式，且受力面積不變。改造時主要考慮提高氣動熱力性能，對于汽輪機在運行中可能產生的最大推力、原推力瓦允許承受的推力，以及抽汽量、汽封間隙變化對軸向推力的影響等問題考慮較少。因此，改造后不同程度地產生了由于軸向推力變化過大導致推力瓦塊溫度偏高現象。以臺州發電廠2號機為例，改造后機組負荷為135 MW時，軸向位移為+0.64 mm，靠近下部的推力瓦工作面第9，10點溫度分別為103℃、98℃，明顯超標。

為降低推力瓦溫度，在排除推力軸承本身問題及檢修安裝等因素之后，經計算決定將軸向推力減少4 t。利用檢修機會，將2號機第2-6級共5級葉輪平衡孔用反旋堵頭堵死。啟機后，負荷達到135 MW時，第9，10點推力瓦溫分別為55℃、65℃，軸向位移-0.02 mm，情況良好。

隨后改造的臺州發電廠4號機組，根據2號機堵孔后的運行情況，確定在平衡孔后安裝反旋堵頭以減小軸向推力。對溫州發電廠、長興發電廠改造情況進行調研后，發現堵掉5級葉輪平衡孔之后，運行中存在推力瓦溫、軸向位移或差脹超標現象。鑒于此，臺州發電廠決定將4號機第6級葉輪反旋堵頭取消，保留其余4級。啟機后，135 MW時第9，10點溫度分別為82℃、68℃，軸向位移+0.08 mm，未發現其它異常現象。

1.3 推力軸承供油量不足

福建邵武發電廠2號機組投運3年多，正常運行時各參數穩定，修前推力瓦非工作面金屬溫度最高為86℃。由于檢修人員未獲悉新機組試運時曾出現推力瓦溫異?，F象，檢修期間按常規工藝標準進行處理。啟機后機組沖轉至3 000 r/min時，非工作面上部的第4點瓦塊溫度上升到90℃，啟動交流油泵后，瓦溫略降并維持在88℃左右，帶負荷至100 MW時第4點溫度最高96.4℃。停機檢查確認推力盤表面無明顯劃痕和毛刺。重新檢測各推力瓦塊厚度偏差、瓦塊烏金面接觸面積、推力盤與出油擋油環之間徑向間隙、左右旋擋油圈間隙均在標準范圍，非工作面進油腔、油管路、油系統濾網、瓦塊背部擺動面、銷釘及銷釘孔、軸承座、安裝環中分面等各處均無異常。最終發現非工作面安裝環的球面圓周上10只進油槽的深度、寬度均明顯不符要求（近乎沒有開槽），與球面座組合后，每只進油口間隙均只有2～3 mm，從而導致全周進油量大幅減少。將非工作面安裝環重新加工開槽，然后與球面座組合并確認進油口符合進油要求。啟機帶滿負荷時，推力瓦塊最高溫度為75℃左右，滿足了進油要求。

分析認為，由于在加工、質量驗收、基建安裝等環節未嚴格把關，導致試運行時出現推力瓦溫度偏高現象。由于未找到根本原因，處理時只能通過調整上下墊片厚度及修刮各瓦塊厚度來改變推力瓦塊的全周受力狀況，使得非工作面瓦塊在進油量明顯不足的情況下，仍能維持金屬溫度在可以接受的范圍。

1.4 推力軸承自位調整性能差

推力瓦塊與推力盤的平行度是保證瓦塊受力均勻的必要條件，主要依靠推力瓦安裝環與球面座自位調整實現。當安裝環球面接觸不良、安裝環定位銷或定位銷孔變形、安裝環與推力瓦球面座本身存在一定變形等因素引起其自位調整不良時，摩擦力增大，再加上推力瓦塊和推力瓦安裝環的自重（如材料選擇不當，自重增加），推力瓦安裝環向上移動的位移量很小，易造成推力軸承自位調整性能差、整體瓦塊受力不均。

臺州發電廠5號機通流改造后，運行時推力軸承工作面第8點溫度從97℃快速上升至107℃，多次停機并按常規檢修工藝處理，但均未徹底解決。經分析，排除了油中帶水、鐵屑或雜物帶入、軸承進油口遺留雜物、結合面定位銷變形、安裝環或球面座變形、安裝環或球面座上下錯位等因素，最后認為推力瓦安裝環自位調整存在問題。經征求各方意見，最終采納了在安裝環底部加裝彈簧片的方法（見圖2），即利用彈簧彈力抵消推力瓦塊和推力瓦安裝環的重量，改變安裝環重心位置，避免安裝環的不合理下沉。

圖2 推力軸承加裝彈簧片示意圖

臺州發電廠5號機組、溫州發電廠1號和2號機組都通過加裝彈簧片降低推力瓦金屬溫度，均取得了理想的效果。

2 故障時的臨時應對

采取上述各種措施仍無法降低瓦塊溫度至正常范圍，而且又不允許停機處理時，應加強運行監視，通過潤滑油溫和潤滑油量調節、高壓軸封汽壓力調整、單閥多閥切換、供熱或備用汽切換、改變運行工況等臨時手段，盡量保證瓦塊溫度在正常限額范圍內。

臺州發電廠2號機在未安裝平衡孔堵頭之前，瓦塊溫度一直偏高，運行人員通過提高潤滑油溫度使推力瓦塊溫度降低了5～6℃。分析認為，潤滑油溫提高后，油粘度相應降低，油膜厚度減薄，各瓦塊的承載力重新分配，同時潤滑油量會隨油粘度降低而相應增加，最終使各瓦塊的金屬溫度趨近。但這種方法也存在風險，對個別有缺陷的瓦塊 （包括烏金面有劃痕、毛刺、鐵屑嵌入等）來說，提高潤滑油溫后，由于油膜厚度減薄，易導致瓦塊烏金面磨損發熱，個別瓦塊溫度可能會不降反升。潤滑油溫提高過多時，還會影響各支持軸承的安全運行。另外，提高潤滑油溫對降低推力瓦塊溫度可能存在一定偶然性。

根據以往經驗，在運行中打開軸承座觀察窗，通過調節推力軸承回油孔螺釘以適當增大回油量（正反向推力瓦都可以調節），可降低瓦塊溫度 1～2℃。

3 結語

造成推力軸承溫度高的原因較多，通常應先檢測測溫元件有無異常，可通過分析負荷與瓦塊溫度之間的關系曲線以及相鄰瓦塊之間的溫度變化幅度來確定。在逐一排除引線端子接觸不良、溫度輸入信號隔離器故障、導線絕緣層磨破造成信號回路接地等儀控回路因素后，再考慮機務環節。

推力軸承的進出油溫升通常規定不超過12～15℃。由于推力軸承總進油量中只有一小部分流過推力盤和瓦塊之間，推力軸承進出油溫升并不能準確反映每一個瓦塊的工作狀態，所以運行中應謹慎使用這一監視手段。

規程規定推力瓦塊正常溫度≤90℃，極限許可溫度為97℃。由于推力軸承的結構、瓦塊數、滑動速度、滑動面的光潔度、潤滑油的質量、瓦塊材料、表面修刮及裝配質量等因素的不同，金屬溫度實際許可值有很大差別，所以應根據實際情況確定推力瓦塊的金屬溫度限額，以避免造成不必要的負荷限制及停機。

通過加裝彈簧片解決推力瓦自位能力時一定要慎重，應慮及安裝彈簧片可能帶來的其它問題。如當主軸撓度發生較大變化時，安裝環可能由于受下部彈簧片與上部止頂銷的限制，無法使12個瓦塊隨推力盤自動偏移，造成自位調整功能失效。

[1]潘世漢.N135 MW汽輪機軸承溫度異常分析與預防措施[J].上海電力學院學報.2006，22（1）:9-12.

[2]俞炳豐，王志剛，蔣立軍，等.基于導熱反問題分析的推力軸承瞬態油膜溫度監控方法[J].西安交通大學學報.2001，35（3）:225-228.