API612解讀及實際應用之一——石油石化領域用汽輪機軸瓦溫度略高的分析及處理

趙毅

摘? 要：分析某甲醇合成氣離心壓縮機組用高壓冷凝式汽輪機軸承瓦溫略高于技術協議要求原因，闡述了影響可傾瓦溫度的關鍵因素，并通過合理改善軸承的油隙、調整軸瓦的負荷分配、修刮可傾瓦的進出油楔、擴大進油節流孔等手段，使改型機組3、4號軸瓦溫度有所降低。

一、問題的提出

杭汽T8124甲醇合成氣離心壓縮機組用高壓冷凝式汽輪機，轉向由進汽端向出汽端看為順時針，最高連續轉速11104r/min，轉子重量約1.45T，軸承為可傾瓦式。軸瓦簡介詳見附件“軸瓦簡介” 。

該臺汽輪機在杭州汽輪機股份有限公司進行空負荷運轉試驗，在完成暖機過程后，將冷油器出油溫度穩定于45℃上下，緩慢啟動至最高連續轉速（11104r/min），鉑熱電阻測出前承軸瓦兩點瓦溫較技術協議要求（低于80℃）略高，后軸承軸瓦兩點瓦溫則較技術協議要求（低于80℃）高出較大，尤其是受力側瓦溫最高達86℃，無增大趨勢。調整潤滑油油溫于43℃左右時，瓦溫略有下降，但效果并不明顯，徘徊于85℃左右。停機翻瓦檢查，瓦塊無明顯劃痕，最終通過調整軸承的油隙、調配軸瓦的負荷分配、修刮可傾瓦的進出油楔、擴大進油節流孔等手段，使機組3號軸瓦溫度有所降低。

二、機組軸系簡介

本機組型號為HNK25/36，為兩缸單排汽型式。轉子總長2299mm（無主油泵，含危急遮斷器），兩徑向軸承間跨距為1745mm，汽輪機與壓縮機間由膜片式聯軸器聯接。

在軸轉速上升時，軸逐漸浮起，油膜逐漸增厚，到一定轉速時，油膜太厚不能支持軸，反而下沉，下沉后油膜又變薄，浮力增大，周而復始。這樣由于軸兩邊潤滑油流量的差異，使軸中心以近于軸轉速一般的頻率渦動。因轉子兩側油膜形成厚度不同，左側為主受力面，故左側軸瓦測點瓦溫略高于右側。

本機組共4個支持軸承，其中汽輪機部分有2個，前后各一，均為可傾瓦結構。

三、瓦溫升高現象

機組啟動升速過程中，瓦溫逐漸上升，尤其在7000r/min附近過臨界轉速時，瓦溫升高明顯，定速于最高連續轉速（11104r/min）時受力側瓦溫穩定達到86℃左右，預計在現場帶負荷后還會有小幅升高趨勢，經調整潤滑油溫在43℃左右時，瓦溫略有下降，但始終徘徊于85℃。

四、當時處理方式

結合杭汽總裝車間多年經驗，對該4個測溫點溫度，杭汽認為合格。但因與技術協議有所不符，依舊對此次瓦溫較技術協議偏高事件作出一定處理。處理方式如下：

1、瓦塊止動頂絲長度由設計值略微縮短，頂絲直徑減少，從而使可傾瓦塊適度滑動;

2、修刮可傾瓦塊的進、出油斜邊及舌形油囊面，減小流通阻力，從而增加了潤滑冷卻流量。

五、最終杭汽對瓦溫情況的判定

T8124汽輪機技術協議中對軸瓦溫度有一特別條款（技術協議第4- （3）-a條款“汽輪機軸瓦溫度正常運行時用戶要求小于80℃”），雖該條款和杭汽常規設計規范差異較大。但杭汽在設計、安裝調試時，要求盡力符合用戶要求。經反復調整，目前在最大允許運行的轉速11104r/min下（正常、額定轉速的1.05倍，即1.05X10575 r/min=11104r/min），除后徑向軸承上的一個測點為83.89℃，與用戶要求的數據略有差距外，其它測點均以調整到80℃以下。

杭汽對軸承運行的常規要求是：瓦溫值達到105℃報警，115℃時要求停機，一般運行時瓦溫控制在≤90℃。瓦溫調整并不是越低越好，因為調低瓦溫，需通過增大軸瓦與轉子軸徑的間隙，從而增加進油量來實現，軸瓦軸徑間隙過大會影響到軸承穩定性和轉子振動指標，不利于機組安全運行。所以杭汽在做調整時通常要兼顧轉子振動和瓦溫兩個指標。

鑒于上述原因，杭汽認為目前工廠試驗時的軸承狀態是合適的，其瓦溫是安全的，不適宜再做進一步的調整。

六、瓦溫偏高原因分析

1.軸封漏汽的影響：該機組為中低壓分缸結構，為縮短轉子長度，減少軸承數，將前后軸瓦分別布置在靠近蒸氣室和低壓缸排汽口處，軸承整體受汽缸、汽封的溫度和漏汽量影響，但該影響甚小。

2. 汽缸中心變化的影響：汽缸與臺板受熱膨脹上抬，由于此類型機組是下貓爪結構，汽缸與臺板受熱膨脹上抬，直接導致汽缸中心的變化。

3. 缸熱量輻射影響：軸瓦軸承座處的缸體受位置限制，保溫效果不能保證，轉子熱量直接輻射軸瓦，導致溫度升高。

4.潤滑油量影響：軸承潤滑油有潤滑和冷卻功能，如果軸瓦進油量不足或排油不暢，就會導致軸瓦溫度偏高。

5.軸瓦油隙影響：對于動壓式滑動軸承，如果軸承負載過輕，軸承油膜過厚，油膜容易失穩而發生油膜振蕩;如果軸承負荷過重，油膜容易破裂而產生軸瓦和軸頸局部干磨擦而使軸瓦溫度升高。為使軸承油膜不致過厚也不致過薄，即不發生油膜震蕩也不致軸瓦溫度過高，就必須找出油膜厚度與軸承負載等參數之間的關系。

期、處理建議

綜合以上分析，結合機組的實際情況，解決軸瓦溫度高的處理建議如下：

1.針對軸承巴氏合金溫度高的問題，最好的方法是重新進行負荷分配，調整汽封間隙，但耗時耗力，一般不建議對已產成汽輪機進行調整。

2.適當調整后軸瓦標高，重點考慮轉子揚度、油擋間隙的限制，降低后軸瓦瓦枕墊和瓦塊墊（溫度高側），或抬高前軸瓦瓦枕墊和瓦塊墊（溫度低側）。這就減輕了后軸軸瓦的負載，同時也改善了因排汽缸變形而帶來的不利因素，即軸承下殼體上抬的不良影響。

3.建議瓦塊止動頂絲長度由設計值略微縮短，頂絲直徑減少，從而使可傾瓦塊適度滑動。

4.修刮可傾瓦塊的進、出油斜邊及舌形油囊面，減小流通阻力，從而增加了潤滑冷卻流量。但是現在一般汽輪機出廠的軸瓦都不建議修刮巴氏合金面，原因是手工加工工藝地，會改變軸瓦原本的型線，破壞軸瓦運行中油膜的形成，引起油膜震蕩。

5.擴大軸瓦進油節流孔直徑，減小冷卻油進入瓦內的阻力，適當增加了軸瓦潤滑、冷卻油量。

6.檢查瓦與軸頸的接觸面、軸與軸瓦各部間隙和軸承緊力，符合相關規范要求。

7.加強軸承座處缸體保溫和隔熱板厚度。