某335 MW機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中燒瓦事故原因分析及處理

邱化海，李峰，景豹

(華電章丘發(fā)電有限公司，濟(jì)南 250216)

0 引言

某電廠#4機(jī)組為335 MW亞臨界、反動(dòng)式、單軸、一次中間再熱、雙缸雙排汽、具有一級(jí)調(diào)整抽汽的抽汽凝汽式供熱機(jī)組。勵(lì)磁機(jī)#7軸承軸瓦是勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子的支撐瓦，為可傾瓦，勵(lì)磁機(jī)與汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)共同組成汽輪發(fā)電機(jī)組，整個(gè)轉(zhuǎn)子軸系共由7個(gè)支撐軸承和1個(gè)推力軸承組成[1]，其中任何一個(gè)軸承出現(xiàn)問(wèn)題，都必須停機(jī)處理。

1 #7軸承軸瓦損壞事故經(jīng)過(guò)

2017-05-06，#4機(jī)組轉(zhuǎn)入為期55 d的大修工作。2017-06-25 T 18:00，#4汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速700 r/min時(shí)，#7軸承轉(zhuǎn)子X(jué)方向振動(dòng)突升至69 μm，Y方向振動(dòng)突升至158 μm，軸承金屬溫度49.0 ℃；汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至2 040 r/min，振動(dòng)開始迅速減小，#7軸承金屬溫度增加至94.4 ℃并快速上升，機(jī)組立即打閘，轉(zhuǎn)子惰走過(guò)程中軸承金屬溫度最高達(dá)到153.3 ℃，但此時(shí)振動(dòng)達(dá)到最小值，X方向振動(dòng)15 μm，Y方向振動(dòng)14 μm；當(dāng)轉(zhuǎn)速降至880 r/min時(shí)，振動(dòng)再次突升，X方向振動(dòng)超過(guò)234 μm，Y方向振動(dòng)超過(guò)229 μm，之后振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速降低開始回落，如圖1所示。檢修人員連夜翻瓦緊急搶修，2017-06-26 T 08:00再次沖轉(zhuǎn)，#4汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至2 049 r/min，#7軸承溫度由58.0 ℃快速上升至最高136.0 ℃，機(jī)組緊急停運(yùn)。查看#7軸承轉(zhuǎn)子X(jué)方向、Y方向振動(dòng)及軸承金屬溫度曲線(如圖2所示)，發(fā)現(xiàn)#7軸承損壞振動(dòng)和溫度曲線與第1次沖轉(zhuǎn)事故曲線完全一致[2]，機(jī)組再次進(jìn)行#7軸承檢修，并邀請(qǐng)專家現(xiàn)場(chǎng)分析原因，保證機(jī)組順利開機(jī)。

圖1 第1次啟動(dòng)過(guò)程振動(dòng)、溫度曲線(2017-06-25)

圖2 第2次啟動(dòng)過(guò)程振動(dòng)、溫度曲線(2017-06-26)

2 相關(guān)工作原理

2.1 勵(lì)磁機(jī)軸承工作原理

#4機(jī)組勵(lì)磁機(jī)采用可傾瓦軸承，軸瓦共由4塊可傾瓦組成，上下各2塊，每塊瓦占90°物理空間(如圖3所示)，每塊瓦正面與大軸沿軸向呈線接觸，瓦的內(nèi)弧直徑略大于軸徑，其與軸接觸面兩側(cè)形成楔形間隙，潤(rùn)滑油由供油口進(jìn)入后，充斥在軸瓦內(nèi)，并隨著勵(lì)磁機(jī)軸的高速旋轉(zhuǎn)被帶入軸與瓦塊的楔形間隙中形成楔形油膜。可傾瓦在工作時(shí)可以隨轉(zhuǎn)速、載荷及軸承油溫的不同而自由擺動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整到形成油楔的最佳位置。

圖3 #7軸承原理示意

2.2 軸瓦潤(rùn)滑原理

汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的全部重量通過(guò)軸頸支承在表面澆鑄合金的軸瓦上，并作高速旋轉(zhuǎn)，而軸瓦未被磨損或毀壞，這主要依靠軸頸與軸瓦之間產(chǎn)生的油膜。汽輪機(jī)軸徑和可傾瓦塊接觸面充滿了潤(rùn)滑油，當(dāng)兩者做相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸面油楔中的油就被擠壓向里，此時(shí)油楔中的油產(chǎn)生反作用力，將軸徑微微抬高，于是在軸徑和可傾瓦塊接觸面的油楔中便建立了油膜。軸徑在油膜上高速滑動(dòng)，軸徑和可傾瓦塊實(shí)際上并沒(méi)有接觸，兩者也就不會(huì)產(chǎn)生摩擦現(xiàn)象，其中只會(huì)存在軸徑和潤(rùn)滑油的液體摩擦、可傾瓦塊和潤(rùn)滑油的液體摩擦，這種液體摩擦摩擦因數(shù)μ很小，即油膜上的摩擦力很小，油膜起到了潤(rùn)滑作用[3]。

油膜形成必須具備下列3個(gè)條件： (1)必須具備楔形腔室；(2)楔形腔室必須充滿黏性液體； (3)構(gòu)成楔形腔室的兩個(gè)面必須光潔并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

3 問(wèn)題分析

汽輪機(jī)軸瓦溫度高造成軸瓦損壞有很多原因，總結(jié)起來(lái)可分為四大類：一是軸瓦的載荷過(guò)大，導(dǎo)致溫度升高；二是斷油；三是軸瓦中心與轉(zhuǎn)子中心不對(duì)中；四是潤(rùn)滑油膜未建立。本文從以上幾點(diǎn)出發(fā)分析#7軸瓦損壞的原因。

3.1 軸瓦載荷過(guò)大導(dǎo)致溫度升高

解體檢查發(fā)現(xiàn)，#7軸承軸瓦4塊可傾瓦鎢金均出現(xiàn)大面積融化，每塊可傾瓦均被擠趕出一層厚厚的鎢金，軸頸出現(xiàn)劃痕(如圖4所示)。這種情況絕對(duì)不是#7軸承軸瓦載荷大引起的：(1)載荷大使溫度升高并不會(huì)導(dǎo)致軸瓦振動(dòng)劇烈波動(dòng)且出現(xiàn)兩次峰值；(2)根據(jù)潤(rùn)滑油原理，載荷過(guò)大會(huì)使油膜厚度減薄，它造成的摩擦是單面或者單側(cè)的，即物理空間會(huì)出現(xiàn)小于180°的鎢金磨損，不會(huì)出現(xiàn)360°物理空間上的鎢金損壞；(3)本機(jī)組勵(lì)磁機(jī)#7軸承軸徑直徑228 mm、長(zhǎng)2 103 mm，無(wú)負(fù)荷匹配，#7軸承軸瓦本身不需要承載巨大的載荷，它主要起到支撐和固定作用。所以，此項(xiàng)原因排除。

圖4 #7軸瓦鎢金損壞情況

3.2 斷油

潤(rùn)滑油不僅是建立油膜的工作介質(zhì)，更是軸瓦的冷卻介質(zhì)，如果軸瓦供油量不足，將會(huì)導(dǎo)致瓦塊溫度升高，而且長(zhǎng)期在缺油狀態(tài)下運(yùn)行還會(huì)加大瓦塊磨損。但檢查發(fā)現(xiàn)，軸承進(jìn)油溫度穩(wěn)定在41.0 ℃，潤(rùn)滑油壓為0.19 MPa；通過(guò)回油量窺視鏡觀察，其回油量大，回油暢通，潤(rùn)滑油系統(tǒng)工作正常。所以，此項(xiàng)原因排除。

3.3 軸瓦與轉(zhuǎn)子中心不對(duì)中

檢查大修檢修記錄發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組檢修軸系安裝符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軸瓦中心與轉(zhuǎn)子中心符合檢修標(biāo)準(zhǔn)。所以，此項(xiàng)原因排除。

3.4 油膜未建立

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要求發(fā)電機(jī)與勵(lì)磁機(jī)對(duì)輪存在0.08～0.13 mm的下張口，已知?jiǎng)?lì)磁機(jī)對(duì)輪直徑495 mm，#7軸承軸徑長(zhǎng)2 103 mm，取下張口為0.10 mm，根據(jù)相似三角形原理計(jì)算得出軸瓦存在0.42 mm的抬量才能滿足對(duì)輪下張口要求。2015年處理#7軸承軸子振動(dòng)大問(wèn)題的過(guò)程中，將#7軸承軸瓦上抬了0.20 mm，本次機(jī)組檢修對(duì)#7軸承軸瓦再次上抬0.25 mm，以滿足下張口的設(shè)計(jì)要求。但在大修過(guò)程中，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)整個(gè)軸系均進(jìn)行了調(diào)整，#7軸承軸瓦基座也進(jìn)行了清理，再加上軸徑本身存在一定的下沉量，2015年對(duì)#7軸承軸瓦0.20 mm的抬量已被這些因素抵消，整個(gè)#7軸承軸瓦的實(shí)際抬量只有0.25 mm，根據(jù)相似三角形公式計(jì)算得出勵(lì)磁機(jī)對(duì)輪實(shí)際僅有0.06 mm的下張口，不符合設(shè)計(jì)要求。此時(shí)，軸徑和軸瓦接觸肯定不好，軸徑存在懸空狀態(tài)，在油溫一定的情況下，根據(jù)油膜形成的3個(gè)條件可知，#7軸承軸瓦油膜沒(méi)有建立，此原因成立。

4 處理措施

(1)對(duì)#7軸承軸瓦進(jìn)、回油管道再次進(jìn)行檢查清理，擴(kuò)大進(jìn)油節(jié)流口，用以加大軸瓦潤(rùn)滑油進(jìn)油量，滿足潤(rùn)滑要求。

(2)重新調(diào)整軸瓦頂隙為0.25～0.30 mm，符合檢修標(biāo)準(zhǔn)。

(3)第1次檢修：首先對(duì)#7軸承軸徑進(jìn)行晃度測(cè)量(如圖5所示)，測(cè)量結(jié)果為0 mm，滿足檢修要求。對(duì)4塊可傾瓦進(jìn)行刮瓦研磨，使用紅丹粉進(jìn)行檢查，軸瓦接觸面積達(dá)到質(zhì)量要求(每平方厘米不少于3點(diǎn)接觸)，總計(jì)研刮厚度0.15 mm(如圖6所示)，調(diào)整瓦塊緊力0.03 mm，頂隙0.30 mm，對(duì)軸承座添加0.30 mm墊片，#7軸承軸瓦實(shí)際上抬0.15 mm。通過(guò)調(diào)整每塊可傾瓦后調(diào)節(jié)螺釘，保證軸瓦鎢金與軸徑接觸面積大于80%。

圖5 軸徑晃度測(cè)量

圖6 刮瓦

第2次檢修：首先對(duì)#7軸承軸徑進(jìn)行晃度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果0.01 mm，滿足檢修要求。再次對(duì)瓦進(jìn)行刮瓦，并進(jìn)行研磨并達(dá)到研磨要求，總計(jì)研刮厚度0.15 mm，緊力0.03 mm，頂隙0.30 mm，通過(guò)2次刮瓦研磨，瓦面鎢金去除0.30 mm，此時(shí)軸瓦抬量實(shí)際已經(jīng)恢復(fù)至第1次開機(jī)時(shí)的狀態(tài)，即第1次加裝0.30 mm墊片形成的抬量被磨損的鎢金完全抵消。此時(shí)將#7軸承座整體抬高0.50 mm，通過(guò)調(diào)整每塊可傾瓦后調(diào)節(jié)螺釘，保證軸瓦鎢金與軸徑接觸面積大于80%[4]。

5 檢修效果

經(jīng)過(guò)再次檢修，#4汽輪機(jī)于2017-06-27 T 01:00再次進(jìn)行沖轉(zhuǎn)，在600 r/min和2 040 r/min時(shí)，#7軸承轉(zhuǎn)子X(jué)方向振動(dòng)44 μm，Y方向振動(dòng)60 μm，軸瓦金屬溫度維持在50 ℃左右，汽輪機(jī)運(yùn)行正常，機(jī)組順利并網(wǎng)，#4汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)#7軸承檢修完畢，各軸瓦振動(dòng)均達(dá)到優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)論

軸瓦與軸頸接觸不良，致使二者間隙過(guò)大，軸徑可看作是懸空狀態(tài)，軸徑的力不能由軸瓦接收，油膜亦不能建立，軸徑在軸瓦上劇烈甩動(dòng)，導(dǎo)致軸瓦和軸徑相互碰磨，軸瓦溫度異常升高導(dǎo)致軸瓦燒毀。檢修人員必須嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢修，同時(shí)提高檢修質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全檢修、精益檢修。

參考文獻(xiàn)：

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[2]國(guó)家能源局.防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求[Z].2014.

[3]盛偉,肖增弘.電廠熱力設(shè)備及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社,2007.

[4]華電章丘發(fā)電有限公司.汽輪機(jī)設(shè)備檢修工藝規(guī)程[Z].