淺析1030MW 汽輪機低壓缸軸承瓦溫偏高原因及修復(fù)

張宇飛

（浙江浙能中煤舟山煤電有限責任公司，浙江 舟山 316131）

汽輪機是高速旋轉(zhuǎn)機械，轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和軸向力都很大，軸承不僅起著轉(zhuǎn)子的徑向和軸向定位作用，而且還要承受轉(zhuǎn)子的徑向和軸向載荷；同時在轉(zhuǎn)子與靜子的承載面之間建立起潤滑隔離油膜，防止動、靜部件直接接觸，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，軸瓦承載球面和瓦套接觸能靈活自衛(wèi)，保持油膜穩(wěn)定承載，防止軸瓦卡澀、偏載，油膜失穩(wěn)導(dǎo)致瓦溫和振動升高。

某電廠#2 機組為東方汽輪機廠生產(chǎn)的首次自主創(chuàng)新的N1030-25.0/600/600 型、超超臨界、一次中間再熱、四缸四排汽、沖動式、雙背壓凝汽式機組。與引進型機組相比，優(yōu)化型機組取消了調(diào)節(jié)級，將中低缸分缸壓力調(diào)整為0.6MPa，讓缸效更高的中壓缸承擔更多的焓降，同時由于減小了中低壓分缸壓力，使得低壓缸的溫差減小，低壓缸外形尺寸較優(yōu)化前主要改動為軸向尺寸不變，橫向尺寸由8062mm 變?yōu)?0122mm，高度尺寸由3235mm 變?yōu)?975mm，低壓缸的軸承座采用坐缸式，5#～8#軸承為橢圓型支持軸承。機組利用電網(wǎng)調(diào)停機會，對7#、8#瓦進行定修檢查，當重新啟動沖轉(zhuǎn)至3000r/min 時，8#軸承溫度上升達100℃，而7#軸承溫度最高值達110.47℃，且同一軸承溫度測點偏差達40℃左右。汽輪機軸承潤滑油系統(tǒng)的工作可靠性對汽輪機的安全穩(wěn)定運行有著舉足輕重的作用；為此，許多技術(shù)人員對汽輪機軸承瓦溫升高展開了研究[1-5]。本文針對低壓缸7#、8#瓦溫偏高的原因進行了深入分析和研究，解決了汽輪機在運行中瓦溫偏高的問題，為同類型機組的汽輪機軸瓦檢修提供了借鑒。

1 橢圓型支持軸承工作原理

橢圓型支持軸承為單側(cè)進油，上瓦開槽結(jié)構(gòu)。巴氏合金結(jié)合面采用燕尾槽結(jié)構(gòu)。為了便于進油和排油，在中分面處軸瓦的巴氏合金被切去一部分，這樣形成了具有圓形邊的且在軸瓦端部向內(nèi)延伸的油槽。油從軸頸一側(cè)中分面處進入軸承，在對面的接合面處的油槽有一個鏜孔以限制油的流量，以便在軸承排油側(cè)建立一個微小油壓，并經(jīng)過這個排油孔把油引入觀察孔的腔室里，而大部分油則通過軸瓦端部排出。

轉(zhuǎn)子軸頸在軸瓦內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，造成油膜內(nèi)的液體摩擦、所消耗的能量將轉(zhuǎn)變成熱能。因此，每個軸瓦應(yīng)有足夠的潤滑油流量，及時把軸瓦內(nèi)的熱量帶走，才能保證軸瓦金屬溫度始終保持在允許的范圍內(nèi)(在70～90℃的范圍內(nèi)，是正常狀況，極限≤100～110℃)。這就要求軸頸與軸瓦間要有足夠的間隙，也就是說,在運行狀況下，要有足夠的油膜厚度。此外，還要求軸瓦供油有足夠的壓力，才能保證軸瓦的供油量。潤滑油供油壓力太低和軸瓦金屬溫度太高，都是危險的，必須予以相應(yīng)處理。軸瓦與瓦套球面配合并安裝在軸承座內(nèi)，軸瓦球面接觸擺動在設(shè)計受力范圍內(nèi)自衛(wèi)靈活。#2 機組汽輪機軸系簡圖如圖1 所示。

圖1 軸系簡圖

2 溫度異常狀況

#2 機組利用電網(wǎng)調(diào)停機會，對低壓缸7#、8#軸瓦進行球面檢查和修復(fù)。隨后，汽輪機啟動，當汽輪機轉(zhuǎn)速達3000r/min、真空-88.6kPa 時，8#軸瓦溫度保持在81℃左右，而7#軸瓦溫度達到104℃以上，超過維修前運行時的軸瓦溫度。當真空為-90kPa 時，7#軸瓦溫度最高值達110.47℃，#8 軸瓦溫度最高值達100℃；通過拍機重啟、下降真空、啟頂軸油擾動或凝汽器雙背壓協(xié)調(diào)等措施來調(diào)整軸瓦位置降低瓦溫；結(jié)果顯示，7#軸瓦溫度下降3～5℃，瓦溫仍偏高。在汽輪機停機盤車過程中，發(fā)現(xiàn)7#軸瓦溫度有小幅波動。

為使汽輪機安全運行，停機后，對7#、8#軸承烏金面、球面、瓦套接觸情況、軸承墊鐵間隙、軸承螺栓緊力和球面間隙等項進行全面檢查。現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)7#、8#軸承受力烏金表面發(fā)黑、發(fā)亮，如圖2、圖3 所示；承載偏重、偏載，如圖4 所示；軸承座水平兩側(cè)墊鐵壓痕明顯，軸承瓦套水平墊鐵接觸面硬點發(fā)黑，如圖5所示。對下軸瓦球面進行紅丹檢查，85%以上紅丹接觸。用0.02mm 塞尺檢查上下軸承把合水平左右50°位置，軸承座與瓦套墊鐵以及軸瓦球面與瓦套的間隙情況，檢查發(fā)現(xiàn)抱緊無間隙。

圖2 #7 軸瓦接觸情況

圖3 #8 軸瓦接觸情況

圖4 #7 軸瓦接觸情況

圖5 #8 軸瓦接觸情況

3 軸瓦溫度偏高分析

軸瓦局部磨損嚴重，受力偏載現(xiàn)象明顯，軸瓦油膜建立不穩(wěn)定，潤滑效果變差。汽輪機升速至3000r/min 過程中，研磨引起了軸瓦的較高振動，進一步促進了#7、#8 軸瓦溫度升高。

3.1 低壓缸剛性分析

根據(jù)低壓內(nèi)外缸的具體幾何結(jié)構(gòu)，建立三維有限元模型，采用有限元分析軟件進行計算。低壓缸受到下述幾種載荷的作用：①轉(zhuǎn)子（包含動葉片）重力；②低壓內(nèi)缸、進汽室、低壓隔板重力；③外缸重力；④真空載荷。本次計算中，未考慮熱載荷對軸承座變形的影響，如圖6 所示。

圖6 低壓缸在靜載荷和真空載荷作用下的變形

從圖6 可以看出，低壓外缸天地向最大變形為1.49mm，軸向最大變形為1.83mm，橫向最大變形為1.25mm。

此汽輪機為東汽百萬改進機組，低壓缸尺寸有增大改進,故低壓缸存在冷態(tài)與熱態(tài)、負荷和真空變化時，均會對缸體產(chǎn)生一定膨脹收縮變形。

2020 年3 月25 日和31 日對#1 汽輪機低壓缸各道坐缸軸承在運行狀態(tài)和停機后缸體變形情況進行測量，如表1、2 所示。主要通過對缸體各道軸承座水平面揚度變化測量、低壓缸缸體變形監(jiān)測等，比對低壓缸缸體變形對軸承座軸瓦卡澀所產(chǎn)生軸瓦溫度高的影響。

表1 #2 汽輪機低壓缸軸承座平面變形情況(負荷：550MW；真空度：-91.6KPa）

表2 #2 汽輪機低壓缸軸承座平面變形情況(負荷：0MW；真空度：-1.13KPa）

3.2 潤滑油和頂軸油油質(zhì)

維修后潤滑油和頂軸油油質(zhì)不合格，導(dǎo)致雜質(zhì)沖入軸瓦引起軸承烏金面損傷，也會使軸瓦金屬溫度升高。

3.3 軸承緊力超標

軸承緊力超標或軸承瓦套緊固螺栓預(yù)緊力過大，使軸承瓦套和球面間隙過盈未達標，球面自位受阻，烏金面局部承載力增加，會致使軸瓦金屬溫度升高。

3.4 軸瓦平整度超標

檢修期間軸承可能存在軸瓦就位位置平整水平度不到位，位置有偏移，軸承不能追隨軸頸發(fā)生偏轉(zhuǎn)，導(dǎo)致軸承各項間隙指標不達標，致使軸瓦金屬溫度升高。

4 優(yōu)化措施

4.1 對潤滑油和頂軸油管路進行檢查，清理雜質(zhì)，確保油路通暢，#7 軸承進油節(jié)流孔板直徑由Φ37.5mm 補充加工至Φ40mm，將8#軸承進油節(jié)流孔板直徑由Φ41mm 補充加工至Φ44mm。孔板直徑加大后，7#軸承進油量經(jīng)核算預(yù)計增加約80L，8#軸承進油量預(yù)計增加約100L，由于孔板調(diào)整量較小，且機組供油系統(tǒng)在設(shè)計之初已留有安全余量，進行上述調(diào)整后，不會影響其余軸承的安全穩(wěn)定運行，對軸瓦溫度能產(chǎn)生一定的影響。

4.2 軸瓦解體后，檢查瓦面光潔度和平整度，對磨損部位進行光潔處理。進行軸承球面卡澀及球面擺動狀況檢查，施力150～330Kg 進行球面活動自位檢查。檢查球面防轉(zhuǎn)銷是否卡澀，測量防轉(zhuǎn)銷與瓦套、瓦體的銷控間隙，使其在標準范圍內(nèi)。檢查軸頸，用長砂帶拋除軸頸高點和劃痕。

4.3 對軸瓦結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化改進措施

4.3.1 對軸承瓦體球面圓周范圍內(nèi)，軸向上進行補充加工（電機側(cè)、汽機側(cè)均進行車削補充加工），減少球面接觸面積，增加軸瓦靈活性，如圖7 所示。

圖7 瓦體球面軸向加工示意圖

4.3.2 對球面進行接觸檢查，下瓦體球面滿足正下方130°范圍內(nèi)80%以上均勻接觸，不可有硬接觸，其余范圍內(nèi)不接觸，軸瓦中分面圓周方向50°位置上下球面打磨去除0.3mm，圓滑過渡，如圖8 所示。

圖8 水平中分面上下球面打磨示意圖

4.3.3 取消下半軸瓦軸承合金上的環(huán)形油槽，以此增加油膜厚度和提高軸瓦承載力，軸承合金補焊完成后進行車削，補焊前后對整個軸承合金面進行PT 及UT 檢查，如圖9 所示。

圖9 環(huán)形槽補焊示意圖

4.3.4 軸瓦修復(fù)后安裝的數(shù)據(jù)對比情況，表3、4、5。

表3 #7、#8 軸瓦修前修后數(shù)據(jù)對比

表4 #7、#8 軸瓦側(cè)隙修前修后數(shù)據(jù)對比

表5 #7、#8 軸承洼窩中心測量數(shù)據(jù)

5 檢修后數(shù)據(jù)

2 號機組7#、8#軸承采取該方案優(yōu)化后，運行過程中軸承瓦溫與振動均見好轉(zhuǎn)，經(jīng)過一段時間的運行，取得了較好的效果，如表6 所示。7#、8#軸承優(yōu)化后，測溫點1 的溫度分別降低了約17℃和5℃，軸承各測點溫差由原來最大的40℃縮小至11℃左右，軸振也有所改善。

表6 檢修后7#、8#軸瓦溫度

6 結(jié)論

某電廠超超臨界1030MW 汽輪機在運行時，7#、8#軸承瓦溫偏高，最高溫度達110.47℃。調(diào)整瓦體和瓦套中分面球面接觸面處的間隙，以及瓦套水平墊鐵與軸承座的間隙；對潤滑油和頂軸油管路進行檢查，擴展軸承進油節(jié)流孔板尺寸，軸瓦型式結(jié)構(gòu)改進優(yōu)化后，軸承瓦溫大大降低，同時軸振也有所改善。

6.1 軸瓦溫度超高時，觀察軸瓦溫度變化規(guī)律，通過在線調(diào)整真空值及頂軸油壓擾動手段，控制瓦溫保持穩(wěn)定是應(yīng)急的一種措施。

6.2 在橢圓軸承的球面修復(fù)時，對所有橢圓軸承側(cè)隙的測量需在中分面4 處阻油邊的位置將塞尺塞入深度以10mm 測量為準，軸向同側(cè)數(shù)據(jù)相等，對軸瓦擺正位置極其重要。

6.3 軸瓦中分面球面周向50°間隙控制0.30mm 球面圓滑過渡，兩側(cè)深入150mm。控制瓦套水平墊鐵與軸承座間隙0.03～0.05mm。要求橢圓軸承球面的接觸在正下方130°范圍內(nèi)有90%以上的接觸面積，以此削弱坐缸軸承座形變對軸瓦自衛(wèi)能力帶來的影響以及軸向圓周車削減少球面與瓦套的接觸面積，提高軸瓦自衛(wèi)的靈活性。

6.4 機組檢修時，需對軸承座和軸瓦套配合情況以及軸瓦與軸頸的側(cè)隙進行測量，為軸承座與軸承配合以及變形情況分析提供數(shù)據(jù)支撐。

超超臨界百萬機組低壓缸彈性變形，易引起低壓坐缸橢圓軸承球面卡澀發(fā)生偏載，后續(xù)應(yīng)以該問題為切入點，以此來探討對軸瓦改型（重型可傾瓦）的可行性，消除軸瓦球面卡澀對瓦溫的影響，提高機組安全、穩(wěn)定運行。