660 MW 汽輪發(fā)電機組可傾瓦軸承溫度異常分析

唐 峰，寧玉開，韓 江，黃康照

（山東中實易通集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

某電廠660 MW 超臨界抽汽機組汽輪機是一次中間再熱、單軸、反動式汽輪機。發(fā)電機型號為60WT23E-138，采用水-氫-氫冷卻方式、額定轉(zhuǎn)速為3 600 r／min、頻率60 Hz 的發(fā)電機。機組抽汽主要為海水淡化提供所需的蒸汽。在機組啟動的過程中，發(fā)電機非驅(qū)動端可傾瓦軸承出現(xiàn)溫度異常的現(xiàn)象。

1 機組軸承布置方式及其特點

汽輪發(fā)電機組采用單支點軸承布置方式的設(shè)計［1］如圖1 所示。其中，汽輪機高壓轉(zhuǎn)子、發(fā)電機轉(zhuǎn)子設(shè)計為兩個軸承支撐，汽輪機低壓轉(zhuǎn)子和勵磁機轉(zhuǎn)子設(shè)計為只有一端有軸承支撐、汽輪機中壓轉(zhuǎn)子未設(shè)計軸承支撐，機組共有5 根轉(zhuǎn)子6 個軸承組成。采用單支點軸承布置可準(zhǔn)確定義軸承負(fù)載，較高的負(fù)載可防止油膜震蕩、不穩(wěn)定的風(fēng)險低，在相同的軸承負(fù)載下，軸承的直徑較大對扭應(yīng)力有較大的安全系數(shù)，對中容易。

圖1 單軸承支承軸示意

1 號、2 號、3 號、4 號軸承采用袋式軸承［2］，軸瓦采用密閉設(shè)計由軸瓦上下半組成，內(nèi)部有烏金內(nèi)襯，柱形定位銷固定上下塊，并由螺栓緊固。軸瓦位于軸承箱之中。軸瓦由調(diào)節(jié)塊卡住定位。如軸瓦高度上下可通過增加或減少墊片的方式調(diào)節(jié)。上部的調(diào)節(jié)塊裝備有圓柱銷，用來保護(hù)軸瓦，防止軸瓦轉(zhuǎn)動。潤滑油從軸承座橫向通過進(jìn)油孔以楔緊式進(jìn)入軸承箱，此進(jìn)油孔位于結(jié)合面處。從進(jìn)油孔進(jìn)入后以繞行軸系方式從兩端進(jìn)入軸瓦下軸瓦，還設(shè)置了頂軸油囊，進(jìn)油量可通過閥門控制調(diào)節(jié)，來控制大軸頂起高度。雙支熱電偶用來測量軸瓦下半部分溫度。這種軸承軸瓦自調(diào)性較好，承載能力大，加工方便。

5 號和6 號軸承采用五瓦可傾瓦軸承，該軸承減輕了發(fā)電機上的螺旋振動，螺旋振動也叫Newkirk效應(yīng)，這種現(xiàn)象出現(xiàn)在各種類型的渦輪機械上，是由摩擦產(chǎn)生的軸表面上的振動誘發(fā)熱點導(dǎo)致的。經(jīng)測量，發(fā)電機非驅(qū)動端軸承上的相對軸振動接近跳閘水平。發(fā)電機依靠球窩樞軸可傾瓦軸承，成功地消除了振動，并將臨界速度調(diào)整到額定速度以上，這種軸承可嵌入現(xiàn)有的徑向空間，從而成為一種嵌入式替代產(chǎn)品，不必改動底座。在性能方面，新型軸承被要求具有最大剛度系數(shù)，特別是在直接耦合的水平面。在原來的固定尺寸軸承的空間限制內(nèi)，新的設(shè)計需要產(chǎn)生可接受的負(fù)載支撐力和進(jìn)油口流速，提供雙重絕緣能力，以防止軸電流通過軸承接地。球窩樞軸可傾瓦設(shè)計對于由大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備中機械負(fù)載或熱效應(yīng)所導(dǎo)致的軸錯位具有高度的適應(yīng)能力。球窩樞軸設(shè)計可消除通常與傳統(tǒng)樞軸有關(guān)的樞軸磨損，因此不必對軸承進(jìn)行保養(yǎng)。潤滑油從軸承座橫向通過潤滑油噴嘴方式進(jìn)入軸承，兩塊下軸瓦還設(shè)置了頂軸油囊，如圖2 所示。

2 5 號軸承溫度異常情況

汽輪發(fā)電機組正式啟動前，需要對氫氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)行吹掃清洗［3］，在氫氣冷卻器入口加裝臨時清洗濾網(wǎng)，系統(tǒng)充入潔凈的空氣，機組從盤車轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速的80%左右維持轉(zhuǎn)速10～15 min，然后打閘，轉(zhuǎn)速降至500 r／min 左右再次掛閘沖轉(zhuǎn)，連續(xù)進(jìn)行吹掃5 次，吹掃清洗完成后拆除臨時濾網(wǎng)，如圖3所示。

在發(fā)電機首次進(jìn)行吹掃的過程中，根據(jù)設(shè)計當(dāng)機組轉(zhuǎn)速升至3 240 r／min 時，交流潤滑油泵和交流頂軸油泵聯(lián)鎖停止，油泵聯(lián)停后機組各軸承溫度均有上升，五號瓦溫度最高升至118 ℃（軸承溫度高報警值115 ℃，跳閘值120 ℃），第1 次吹掃完成后調(diào)整系統(tǒng)潤滑油系統(tǒng)壓力，機組采用ISO VG 46 潤滑油，將潤滑油系統(tǒng)壓力由0.17 MPa 調(diào)整為0.21 MPa，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)電機空氣吹掃。五號軸承溫度仍然過高維持在報警值附近。

圖2 5 號軸承外型

圖3 發(fā)電機空氣吹掃流程

發(fā)電機吹掃恢復(fù)、氣體置換完成并將5 號軸承進(jìn)口節(jié)流孔板拆除后，機組首次沖轉(zhuǎn)，機組轉(zhuǎn)速升至3 300 r／min 時，機組由于5 號軸承金屬溫度高保護(hù)跳閘，轉(zhuǎn)速降至500 r／min 以下，再次掛閘沖轉(zhuǎn)機組轉(zhuǎn)速升至3 100 r／min 時，機組再次由于5 號軸承金屬溫度高保護(hù)跳閘。

3 5 號軸承溫度偏高的原因分析

3.1 軸承溫度偏高原因分析

1）軸承溫度測點測量不正確，熱電阻的阻值和絕緣不合格［4］。

2）軸承的潤滑油流量達(dá)不到設(shè)計要求，潤滑油管路在軸承箱內(nèi)出現(xiàn)泄露，導(dǎo)致潤滑油進(jìn)入軸瓦實際流量偏少，進(jìn)而觀察到軸承的回油溫度在正常范圍以內(nèi)，而出現(xiàn)軸瓦的溫度高的情況。

3）軸承底部兩塊軸瓦烏金面脫胎、損傷，進(jìn)而破壞了軸瓦油膜的穩(wěn)定性，導(dǎo)致了軸瓦溫度的異常升高。

4）油質(zhì)中存在顆粒造成軸瓦表面受損［5］。在進(jìn)行機組啟動沖轉(zhuǎn)前，按照要求已對潤滑油油質(zhì)進(jìn)行了化驗，油質(zhì)化驗等級為NAS 6 級，在機組跳閘后對機組潤滑油進(jìn)行了再次取樣并化驗，油質(zhì)滿足廠家和規(guī)范要求，因此油質(zhì)中存在顆粒對軸瓦表面造成受損的可能性被排除。

5）機組潤滑油運行油溫升高，機組在運行過程中潤滑油不僅在各軸承中形成潤滑油膜，同時還起到對機組各軸承的冷卻作用，即機組潤滑油在運行過程中通過循環(huán)帶走各軸承由于摩擦所產(chǎn)生的熱量，從而保證各軸承的運行溫度在設(shè)計要求范圍以內(nèi)，所以潤滑油運行溫度的升高會影響潤滑油對軸承的冷卻作用，進(jìn)而造成機組各軸承溫度的上升。通過查詢潤滑油系統(tǒng)運行歷史記錄，潤滑油溫度穩(wěn)定在45℃，排除了潤滑油溫度對軸承溫度高的影響。

6）軸承箱內(nèi)頂軸油管路出現(xiàn)泄漏，在轉(zhuǎn)速升高的過程中，無法形成有效地壓力油楔，造成軸承金屬溫度高。

7）軸承不能形成潤滑油膜，使轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦系數(shù)增大，導(dǎo)致軸承溫度過高。

3.2 5 號軸承溫度偏高的主要原因

當(dāng)汽輪機高壓轉(zhuǎn)子平均溫度低于150 ℃，具備停運盤車條件，隨即停運盤車、頂軸油及潤滑油系統(tǒng)，對5 號軸承進(jìn)行解體檢查。

軸徑和各軸瓦表面均正常，無磨損及刮痕等。

對軸承箱內(nèi)的頂軸油管路和潤滑油管路進(jìn)行檢查，頂軸油和潤滑油管路完整無泄漏，排除了頂軸油和潤滑油管路泄漏對五號軸承溫度高的影響。

對軸承各安裝參數(shù)進(jìn)行復(fù)測均在設(shè)計要求范圍內(nèi)。

針對測點進(jìn)行檢查，驗證了熱電偶的電纜類型符合設(shè)計要求，檢查了接線盒的電纜接線正確，通過熱水和涼水對熱電偶進(jìn)行了驗證并確認(rèn)熱電偶工作正常，熱電偶的阻值和絕緣符合設(shè)計要求。

通過分析機組的運行參數(shù)并對軸承進(jìn)行研究后確定5 號軸承的軸承潤滑油膜不夠，使轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦系數(shù)增大，導(dǎo)致軸承溫度過高。

4 改進(jìn)措施及處理效果

對設(shè)置了頂軸油囊兩下瓦塊的進(jìn)油油楔的進(jìn)行打磨加工，增加油楔的進(jìn)油面積，五號軸承結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 5 號軸承結(jié)構(gòu)及油楔加工尺寸

將底部兩個軸瓦進(jìn)油的潤滑油噴嘴軸向表面兩側(cè)各加工1 mm。將底部3 個潤滑油噴嘴中間孔直徑從3.6 mm 增加到4.5 mm，如圖5 所示。對底部兩個軸瓦的頂軸油囊邊緣的半徑增加1 mm，如圖6所示。

圖5 潤滑油噴嘴中間孔直徑增大

圖6 頂軸油囊邊緣的半徑增加1 mm

調(diào)整5 號軸承的頂軸油進(jìn)油量由6 L／min 至12 L／min，在軸承恢復(fù)完成后，啟動潤滑油和頂軸油系統(tǒng)，檢查確認(rèn)各軸承的頂起高度都在設(shè)計范圍以內(nèi)（最小0.3 mm）。

對底部兩個軸瓦進(jìn)行滲透檢測，通過滲透檢測主要是檢測底部兩軸瓦是否存在烏金復(fù)合層邊緣開口性脫層缺陷，通過檢測排除了這一可能對軸瓦造成的影響。

在各項處理措施完成并系統(tǒng)恢復(fù)后，機組再次啟動后5 號軸承的溫度維持在97 ℃左右，滿足廠家要求的低于報警值10 ℃的正常運行要求（報警值115 ℃，跳閘值120 ℃），潤滑油進(jìn)回油溫度、振動均在正常運行范圍以內(nèi)，保證了機組的正常運行要求。

5 結(jié)語

通過對發(fā)電機組非驅(qū)動端軸承溫度高的原因進(jìn)行分析，得出5 號軸承不能形成足夠潤滑油膜，使轉(zhuǎn)子與軸承之間的摩擦系數(shù)增大，導(dǎo)致軸承溫度偏高，通過增加軸承油楔的進(jìn)油面積、增大潤滑油噴嘴中間孔直徑、擴(kuò)大軸瓦的頂軸油囊面積等改進(jìn)措施對軸承進(jìn)行改造增加軸承的潤滑油膜，5 號軸承溫度偏高問題得到解決。對同類型機組的調(diào)試和檢修工作具有一定的參考價值。