核電汽輪機(jī)軸瓦溫度高的常見原因分析

朱鋼梁

（海南核電有限公司運(yùn)行處，海南 海口570100）

核電汽輪機(jī)軸瓦溫度高的常見原因分析

朱鋼梁

（海南核電有限公司運(yùn)行處，海南 海口570100）

針對核電廠汽輪機(jī)軸承溫度高的常見現(xiàn)象，本文結(jié)合某核電廠1、2號機(jī)組及參考電廠發(fā)生過的汽機(jī)軸承溫度高的事例，介紹了可傾瓦軸承的工作原理及特性，分析闡述了汽輪機(jī)軸承溫度高的常見原因，并在運(yùn)行及檢修中實(shí)施后取得了良好的效果。

核電；汽輪機(jī)；軸承溫度

0 前言

某核電廠1#、2#機(jī)組運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)組是一臺單軸、四缸六排汽帶中間汽水分離再熱器的反動凝汽式汽輪機(jī)，型號為HN650-6.41。軸系中共有11個(gè)軸承（含發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子），其中汽輪機(jī)設(shè)有8個(gè)支承軸承，均采用四瓦塊可傾瓦軸承[1]，該電廠機(jī)組的軸承在調(diào)試階段和運(yùn)行期間曾出現(xiàn)多次出現(xiàn)軸承溫度異常升高的問題。

1 軸承溫度偏高原因分析及處理

1.1 潤滑油油質(zhì)不合格

潤滑油油質(zhì)不合格，對汽機(jī)軸承溫度的影響很大，主要有以下幾個(gè)方面：

1）若潤滑油中含有的雜質(zhì)，尤其是金屬雜質(zhì)，則瓦塊易被刮傷，瓦塊刮傷會造成軸瓦金屬溫度高，這在新建成投產(chǎn)的機(jī)組中較為常見[4]。

2）若潤滑油中含有雜質(zhì)，可能引起油管路的堵塞，造成油品的流通不暢，無法形成油品的大流量循環(huán)，不能夠及時(shí)帶走系統(tǒng)產(chǎn)生的熱量，極易引導(dǎo)起熱的積聚，這是軸承溫度高的原因之一。

3）若潤滑油中含有雜質(zhì)，則在汽輪機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，可能破壞軸瓦的頂軸油囊，造成頂軸油壓不正常，不能建立符合要求的油膜。在汽機(jī)正常運(yùn)行情況下油中雜質(zhì)會使瓦塊擺動功能受限、活動不靈敏，可能影響油膜的正常形成，造成大軸與軸瓦之間的摩擦，損害軸瓦。

1.2 潤滑油溫度的影響

潤滑油在軸承中的作用除了形成油楔外，還同時(shí)用于軸承冷卻，即潤滑油在循環(huán)過程中不斷帶走軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量，從而保持軸承溫度穩(wěn)定，因而潤滑油溫度的升高會在一定程度上減弱潤滑油冷卻作用，使得軸承金屬溫度升高。而潤滑油溫度的升高會顯著降低潤滑油黏度，降低軸承中潤滑油油楔剛度和厚度，導(dǎo)致油膜承載力減小，最終可能會發(fā)生油楔破裂。一旦油楔發(fā)生破裂，將產(chǎn)生所謂的混合摩擦，軸承金屬溫度立刻上升，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生咬合現(xiàn)象。相反，如果潤滑油溫度越低，則潤滑油粘度愈大，油膜的承載力愈大，但油的粘度過大，會使油分布不均勻，增加摩擦損失。

1.3 軸承載荷變化

1.3.1 軸承標(biāo)高變化

機(jī)組在冷態(tài)下進(jìn)行軸系中心調(diào)整，當(dāng)機(jī)組起動后從冷態(tài)變化到熱態(tài)時(shí)，各軸承的標(biāo)高變化可能不同，會引起各軸承負(fù)荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致各軸承溫度發(fā)生相應(yīng)變化[11]。例如在某核電廠發(fā)生的幾次汽機(jī)軸瓦溫度高事件中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在冷態(tài)情況下調(diào)整各軸瓦位置標(biāo)高不同，使得各轉(zhuǎn)子連接成整體軸系時(shí)，各軸瓦能夠均衡承載。但是機(jī)組啟動從冷態(tài)到熱態(tài)后，各軸承標(biāo)高變化可能不同，將導(dǎo)致個(gè)別軸瓦的載荷過大，會造成瓦塊和軸頸間油膜變薄。相應(yīng)的，潤滑油量供給變少，軸頸處摩擦熱量帶出能力下降，瓦溫會明顯升高[5]。

1.3.2 機(jī)組運(yùn)行方式的影響

當(dāng)任一調(diào)門開啟后，蒸汽會產(chǎn)生軸向分力和圓周切向分力，其中圓周切向分力推動汽輪機(jī)動葉片旋轉(zhuǎn)做功，同時(shí)上部調(diào)門的高壓蒸汽會使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向下的作用力導(dǎo)致軸瓦載荷增加;同樣下部調(diào)門的高壓蒸汽使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生向上的作用力導(dǎo)致軸瓦載荷減少，因此改變調(diào)門的開啟順序會對軸瓦的載荷產(chǎn)生影響，從而影響軸瓦的金屬溫度[14]。

1.4 潤滑油流量不足

軸承潤滑油有潤滑和冷卻功能，如果軸瓦進(jìn)油量不足或排油不暢，運(yùn)行中廠成生的熱量無法及時(shí)帶走，就會導(dǎo)致軸瓦溫度偏高。當(dāng)然，潤滑油系統(tǒng)的交、直流油泵在啟、停機(jī)及事故跳機(jī)時(shí)不能正常工作、主油泵故障等原因造成潤滑油壓降低、潤滑油流量減少也將引起軸瓦溫度升高。

1.5 頂軸油系統(tǒng)故障

汽輪機(jī)啟動過程中因轉(zhuǎn)速未達(dá)到一定數(shù)值，無法形成壓力油楔，軸承尚不能支承軸頸，因而規(guī)定在轉(zhuǎn)速低于2200r/min時(shí)必須開啟頂軸油泵以托起軸頸。同樣汽輪機(jī)停機(jī)后，若轉(zhuǎn)速低于2200r/min，必須自動開啟頂軸油泵，以防軸頸和軸承間的直接摩擦。但是當(dāng)頂軸油管逆止閥不嚴(yán)或者頂軸油管下游管線破裂等都將導(dǎo)致油膜壓力下降，軸瓦溫度升高。

1.6 軸瓦自位能力不足

1.6.1 球面銷或墊片卡澀

可傾瓦塊在背部設(shè)置有支撐銷餅，運(yùn)行中可根據(jù)軸頸狀態(tài)實(shí)現(xiàn)輕微擺動，能夠在一定程度上補(bǔ)償轉(zhuǎn)子振動、載荷及位置的變化，始終保持所有瓦塊中油膜作用在轉(zhuǎn)子的支持力指向中心，具有較高的穩(wěn)定性。當(dāng)瓦塊背部銷餅存在有墊片制作不良，有毛刺存在，或油中雜質(zhì)卡澀等情況時(shí)，會使瓦塊擺動功能受限、活動不靈敏，油膜不能正常建立，也會是潤滑和冷卻效果變差，造成瓦溫升高。例如某核電廠發(fā)生的幾次汽輪機(jī)軸瓦溫度高事件中均有這方面的因素存在[5]。

1.6.2 軸瓦安裝有問題

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，都可能使軸瓦自動調(diào)整能力變差，從而導(dǎo)致軸瓦溫度升高。

1.6.3 軸瓦本身結(jié)構(gòu)的影響

在2015年3月8日發(fā)生的1號軸承溫度異常上升事件中發(fā)現(xiàn)1號軸瓦與軸頸曲率不一致的現(xiàn)象。可傾瓦的瓦塊獨(dú)立配置，加工和制作過程是整體車削、整體成型，同時(shí)軸瓦與瓦套共同配套制作，制作完成后要求軸瓦各瓦塊安裝后與軸頸配合曲率一致。如瓦塊和軸頸曲率不一致，軸瓦進(jìn)油口與出油口處油膜厚度不均勻,軸瓦承載不均勻，局部油膜建立不良。如果承載過大，嚴(yán)重時(shí)會出現(xiàn)瓦塊與軸頸抱死，進(jìn)油間隙消失的情況發(fā)生，導(dǎo)致機(jī)組低速下瓦溫迅速升高或燒瓦。

實(shí)際軸瓦在現(xiàn)場使用中一般只對軸瓦間隙和接觸情況進(jìn)行檢查，而軸瓦曲率方面則由廠家加工質(zhì)量保證。此次瓦溫異常發(fā)生后，檢查中臨時(shí)由廠家制作了假軸，通過匹配軸瓦和假軸來校核軸瓦的曲率，發(fā)現(xiàn)軸瓦中部位置有一定的間隙，接觸不良，軸套、軸瓦、假軸安裝就位后，軸瓦進(jìn)油楔處應(yīng)無間隙，說明軸瓦曲率存在一定的加工偏差，軸瓦與軸頸接觸面積減小，局部載荷大，造成瓦溫升高。

當(dāng)然，軸承鎢金澆鑄質(zhì)量不良、結(jié)合不佳等制造原因也將引起軸承金屬溫度升高。

1.7 汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速

汽輪機(jī)處在過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)會導(dǎo)致振動顯著增大。如果此時(shí)軸承潤滑油楔建立不好，有可能會因振動增大而導(dǎo)致磨瓦。

2 結(jié)論

軸承是汽輪機(jī)的重要組成部件，其溫度高不僅會損壞部件，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組停機(jī)，為電力生產(chǎn)帶來安全隱患。本文結(jié)合某核電廠及參考電廠發(fā)生過的事例對汽輪機(jī)軸承溫度高的常見原因進(jìn)行分析闡述，給出了相應(yīng)的處理措施，并取得了良好的效果，為今后運(yùn)行人員在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)及正常運(yùn)行期間有效防止軸承溫度異常升高提供了借鑒及方法。

［責(zé)任編輯：田吉捷］

朱鋼梁（1987—），男，浙江紹興人，東北電力大學(xué)本科畢業(yè)，海南核電有限公司，助理工程師，主要從事核電廠運(yùn)行專業(yè)領(lǐng)域研究。