汽輪機軸瓦金屬溫度偏高問題分析處理

內蒙古蒙泰不連溝煤業有限責任公司煤矸石熱電廠 呂永飛

1 引言

某電廠投運300MW 機組型號為CZK300AE，亞臨界一次中間再熱、單軸雙缸雙排汽、直接空冷抽汽凝汽式汽輪機。汽輪發電機組整個軸系支承在7個支持軸承上，機組有3個落地式軸承箱，#1軸承和主油泵以及液壓調節保安部套裝在前軸承箱內，機組軸瓦結構分別為#1和#2軸承5瓦塊可傾瓦，軸承下半部分為兩個瓦塊，上半部分為3個瓦塊；#2、#3軸承和推力軸承裝在中低壓軸承箱內，推力軸承分為工作和非工作面兩部組成；#4軸承裝在低壓缸后軸承箱內，低壓后軸承箱箱蓋上安裝盤車裝置，#3和#4軸承為橢圓軸承，單側進油，并且在橢圓軸承的一側開有排油槽，其中上部分軸瓦開周向槽。機組運行過程中，#2軸瓦下部左側瓦塊溫度偏高，滿負荷正常運行時瓦塊溫度在103℃左右，最高達到106℃。支承軸瓦巴氏合金設計溫度上升到105℃報警，115℃停機，汽輪機#2軸瓦金屬溫度偏高會影響軸瓦使用周期和軸瓦損壞事故，在接近跳機值的范圍內運行對機組的安全運行帶來重大隱患。

2 汽輪機軸瓦金屬溫度偏高問題

某電廠機組為亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、直接空冷、抽汽式型汽輪機，機組#2軸瓦下部左側瓦塊金屬溫偏高。通過閱讀汽輪機啟動、運行說明書（D300AE-000106ASM），6-2機組啟動、運行的限制值部分內容，查讀了支持軸承巴氏合金溫度；報警值：105℃，停機值：115℃（手動）[1]。機組在運動帶滿負荷時，#2軸瓦金屬溫度L 側（102.52～106.17℃）高出報警值，在接近跳機值的范圍內運行，對機組的安全運行帶來嚴重隱患；#2軸瓦金屬溫度R 側（78.79～79.61℃）符合運行的限制值。

3 汽輪機軸瓦金屬溫度高原因分析

汽輪機軸瓦工作在高轉速和重載荷的運行環境中需要軸瓦有安全穩定工作結構，并且轉動過程摩擦阻力較小。為了達到機組安全穩定運行目的，需要軸瓦潤滑油能夠時刻保持潤滑、冷卻的條件，所以潤滑油系統連續不斷的提供給軸承內流量、壓力、溫度合格的潤滑油介質。轉子支撐在軸瓦上運行時一直作高速轉動，供給汽輪機發電機組各軸瓦所需要的潤滑、冷卻用的合格潤滑油量，同時使軸瓦和軸頸之間產生均勻的楔形油膜降低了轉子在轉動過程磨損阻力，使汽輪機轉子軸頸與軸瓦在運轉中產生的熱量，由潤滑油回油帶到主油箱進行凈化和冷卻器進行冷卻，使機組軸瓦金屬溫度保持在規定運行的范圍之內。

汽輪機軸瓦金屬溫度的影響因素分析。軸瓦鎢金是否存在損壞現象，合理選擇軸承的油隙、調整軸瓦的負荷分配、適當調整瓦標高、調整瓦塊頂絲長度、調整軸瓦與軸頸的接觸角、轉子軸頸與軸瓦頂部間隙、軸瓦瓦口間隙、軸瓦與瓦振緊力是否符合設計規定要求。同時，軸瓦進油節流孔的規格大小，合理掌握修刮瓦塊的進出油楔部位等方法，從而使機組軸瓦金屬溫度降低到工作范圍，保障瓦溫度控制在運行的限制值范圍內，保障機組安全穩定。

機組軸瓦烏金無損檢測有脫胎情況以及表面存在劃痕磨損，軸瓦與軸頸接觸不符合設計規定。如果軸瓦烏金存在脫落、嚴重劃痕以及表面光潔程度未達到驗收標準均會破壞導致油膜失去穩定性；軸瓦與軸頸接觸不符合技術標準會造成軸頸與軸瓦對應位置增加摩擦損失，從而導致軸瓦金屬溫度偏高，影響機組安全經濟穩定運行。

軸瓦油隙安裝檢修過程不符合設計要求和沒有按照工藝要求進行回裝，同樣會造成軸瓦金屬溫度偏高。軸頸和軸瓦頂部間隙不符合主機證明書設計值要求，機組轉子在額定旋轉速運行過程中軸頸和軸瓦承受的緊力增大，軸瓦的潤滑油油膜會發生破壞無法產生油膜，造成軸頸與軸瓦烏金表面發生干摩擦，從而致使軸瓦整體荷載處金屬溫度偏高的現象。

軸瓦安裝過程未按照設計要求進行負荷分配造成荷載分配不均。軸瓦載荷分配不符合廠家標準要求使得轉子中心造成偏差，相應的軸承座標高、轉子揚度發生變化，軸承箱、汽缸縱向水平應和轉子揚度保持一致，汽缸汽封洼窩與轉子中心的同軸度符合證明書的要求，否則轉子受到向下的合力偏大同時影響軸的振動，假如高中壓軸封沿軸向漏汽較大會造成軸承座位置產生變化等原因。軸承載荷過輕，油膜容易失穩而發生油膜振蕩，如果軸承載荷過重，油膜容易破裂而產生軸瓦和軸頸局部干摩擦造成軸瓦溫度升高[2]。

軸瓦潤滑油溫度過低或過高以及潤滑油油質影響因素。潤滑油黏度等油指標受油溫影響較大，供軸瓦潤滑油的參數流量和壓力以及供潤滑油管道直徑規格是否與設計相符合，管道回油不暢，油質惡化、潤滑油壓力和潤滑油冷卻效果降低等上述情況，都會造成軸瓦金屬溫度偏高的問題。

汽輪機軸瓦檢修作業中存在回裝施工方法不符合要求的問題，軸瓦背部和瓦套自動調整能力效果不良，以及軸瓦進油孔安裝處墊鐵紅丹粉研磨接觸沒有達到符合標準要求，進而造成軸瓦金屬溫度便高。

#2軸承瓦溫偏高，經對電廠機組運行時#1、#2、#3瓦溫數據進行初步分析，懷疑#2軸承存在偏載且負載相對較重，修前分析按照如下方案處理，針對正在運行的機組，可將閥序從1-2-3-4更改為1-2-4-3，然后切順序閥運行，升負荷檢驗瓦溫變化情況，如有異常情況，降負荷恢復原來運行方式；針對機組下部左側軸瓦溫度偏高的具體問題，可將#2軸承中心向左側偏移0.15mm，同時將#2軸承標高降低0.10～0.15mm，調整后重新檢查軸承接觸滿足設計要求。

檢修前電廠汽機專業將機組軸瓦金屬溫度偏高列入A 級檢修計劃中，查找軸瓦廠家資料深入掌握軸瓦結構和運行過程，#2軸承由五塊瓦組成，瓦塊構造結構復雜和安裝工藝比較精確；軸瓦上半部分分別由三塊瓦組成，每個瓦塊形成油楔，軸瓦下半部分分別由兩塊可傾瓦組成，并且可靠的安裝在軸瓦殼體內，每個瓦塊圍繞支點在運行工作過程中能夠微小的自由靈活擺動，隨著負荷、轉速、軸承載荷與潤滑油溫度的不同能夠進行自動調整，使每個瓦塊上產生的油膜作用在軸頸的中心位置，在轉子轉動時軸頸和軸瓦周圍形成多油楔，同時可傾瓦具有較好的保持對中和抗油膜振蕩的穩定性。潤滑油進入軸瓦是從底部的通道供油，經過軸瓦供油孔口進入軸瓦外殼的下半部分，軸瓦在工作時沿軸流向軸瓦外部。油經過油孔進入軸承瓦塊潤滑部位，潤滑油從軸頸周圍排出，在軸瓦殼體的兩側裝有擋油圈，防止軸瓦潤滑油未經潤滑、冷卻從而造成泄漏返回油箱，軸瓦擋油圈安裝準確同時保證供油軸瓦工作安全可靠。

從機組運行當中查看瓦溫分布數據及分析情況，#1瓦金屬溫度81℃，#3瓦溫度65℃左右，發現#3瓦軸瓦荷載較輕。查閱機組#2軸瓦溫度在其他負荷時期的變化，軸瓦進油溫度和壓力均在運行設計標準范圍內，其他軸瓦溫度均處于正常運行狀態，進一步排除機組潤滑油系統的影響。逐步判斷#2軸瓦存在缺陷問題，軸瓦的設計結構、安裝工藝質量、軸瓦載荷分配情況、節流孔板直徑、軸瓦間隙等方面進行分析原因，并且進行逐步排查精確消除問題。

4 軸瓦金屬溫度偏高缺陷及消除方法

在機組檢修期間對汽輪機軸瓦解體后，檢查發現#2軸瓦下部左側瓦溫過高導致鎢金面發黑，軸瓦烏金表面沒有劃痕等磨損問題，對軸瓦表面烏金進行超聲波檢測和滲透探傷檢測，通過檢測報告沒有發現脫胎、裂紋等問題。經過檢查轉子軸頸表面沒有劃痕、磨損現象，用外徑千分尺測量轉子軸頸橢圓度、錐度與設計標準數值相同。如下文：圖1為#2瓦設計圖、圖2為#2瓦揭瓦下部瓦塊外觀情況圖所示。結合機組運行狀況分析，原因是#2軸瓦溫度高造成；分解#1、#3、#4軸瓦，對軸瓦認真全面檢查巴氏合金是否有磨損、脫殼、裂紋等缺陷，并進行無損檢測，檢測報告顯示均正常。

圖1 汽輪機#2軸瓦的設計結構圖

圖2 汽輪機#2軸瓦解體下部瓦圖

利用機組停機大修時間，將對#2軸瓦解體進行翻瓦仔細研究對策，進一步解體測量#2軸瓦頂部間隙、瓦口間隙以及軸瓦緊力，對照軸瓦頂部間隙設計值0.55～0.65mm，并且軸瓦頂部實測間隙值為0.65mm，通過對比軸瓦解體數值符合要求。機組設計中心標準值：汽輪機高中壓轉子和低壓轉子兩個靠背輪中心標準要求，圓周偏差為低壓轉子高0.171mm，端面偏差為上漲口0.003mm，汽輪機低壓轉子和發電機轉子靠背輪中心標準要求，圓周偏差電機高0.17mm，端面下張口0mm。檢修過程對汽輪機高壓中轉子和低壓轉子靠背輪中心進行檢查測量。汽輪機高中壓轉子和低壓轉子聯軸器全缸中心：圓周偏差低壓轉子高0.10mm，低壓轉子偏左0.09mm，端面偏差上張口0.05mm，右張口0.04mm，低壓轉子低0.081mm，偏右0.04mm。高中壓轉子和低壓轉子聯軸器半缸中心：圓周偏差低壓轉子高0.12mm，低壓轉子偏左0.08mm，端面偏差上張口0.035mm，右張口0.03mm，低壓轉子低0.051mm，偏左0.03mm。設計值：低壓轉子高0.17mm，上張口0.003mm，其余外圓張口均接近零。低壓轉子偏低，左張口超標。

軸瓦檢修中，使用橋規測量軸瓦沉降和軸瓦是否存在磨損情況，軸承座應刻有橋規安放位置，使用橋規時打字面朝向汽機前端，機組軸瓦安裝測量和本次機組A 級檢修測量數值基本相同。

將軸瓦表面鎢金進行修刮并進行無損檢測著色檢查未發現脫胎等問題，同時將下部可傾瓦塊用三角刮刀修刮軸瓦烏金表面的進油部位和出油部位，使軸瓦表面光潔度增加，潤滑油在軸瓦內部流動過程阻力降低，提升了潤滑油對軸瓦冷卻、潤滑、清潔效果，保障軸瓦內產生的熱量及時被潤滑油冷卻。調整#2軸瓦負荷分配，降低#2瓦標高，#3瓦標高不動，降低#2瓦負載并增加#3瓦負載，調整范圍0.1～0.15mm；但最終根據軸頸揚度確定是調高#3瓦還是降低#2瓦標高，調整幅度按復測數據定；嚴格把控現場每步工藝和核實揚度測量和調整軸承中心數值的真實，確保過程準確。

圖3

圖4

軸瓦檢修過程按照技術要求，軸承內孔安裝尺寸由各瓦塊的擺動調整墊塊下墊鋼帶達到，保證頂部間隙為0.47～0.57mm，當轉子落入后，應保證頂部間隙0.55～0.65mm。回裝時，在瓦塊裝配前把螺紋銷試裝入軸承體保證安裝到位。

檢修回裝時，在瓦塊回裝前，檢查測量軸瓦進油管道的節流孔，規格是否符合設計要求，經測量說明節流孔板的孔徑符合設計要求的。把螺紋銷裝入軸承體保證其伸出量為12±1.5mm，在保證瓦塊背部與瓦套接觸狀態下，螺紋銷在瓦塊銷孔中四周應留有間隙，瓦塊回裝時瓦塊標記和軸瓦體標記對應。墊塊外圓尺寸裝入調整墊片后按軸承座實測尺寸的正負0.025mm 配準，墊塊作標記并與瓦體墊塊槽位置對應。

墊塊與軸承座接觸面積不小于75%，軸承壓蓋與墊塊外圓過盈量0.02至0.05mm，調整上部墊塊之間墊片達到過盈要求，由上部加墊片取得。回裝時，每墊塊下墊片不得超過兩片，修刮墊塊時，應使軸瓦套中分面與軸承座中分面平行，平行度小于0.2mm；當轉子放上后，軸頸與軸瓦沿周向接觸長度軸瓦兩端應基本相等[3]。

在軸瓦組裝時仔細檢查進油孔內以及節流孔是否有存在雜質異物；回裝下兩瓦塊時必須放置水平放置到位，用手活動瓦塊無卡澀現象，并且無明顯的阻力；將轉子回裝到下部軸瓦內，用行車帶鋼絲繩盤動轉子幾圈檢查軸瓦水平和軸承座水平是否一致。用塞尺以及紅丹粉檢查軸瓦和軸頸的接觸情況，如果存在某個軸瓦與軸頸接觸不良，進行調整瓦與軸頂部間隙以及瓦口間隙、接觸角，必須要求接觸角、頂部間隙、瓦口間隙調整到廠家規定的要求設計值范圍內，回裝時軸承頂部間隙為0.55～0.65mm，需要調整時，應在上、下半每塊瓦塊的擺動調整墊塊下同時增加或減少相同厚度的鋼墊，保證支點圓位置的同心。回裝時擋油環和油封板的中分面應與軸瓦體中分面刮削，在自由狀態下的間隙不大于0.05mm。

軸系調整，根據停機前機組軸系振動值和軸承溫度等運行參數，結合解體數據，中、低對輪調整時，應調整降低2#軸承載荷，降低軸瓦溫度為主。分別對兩對輪的圓差及張口進行調整，以靠近設計標準值為主進行調整。由以上分析制定方案為：降低2#軸承負載，降低瓦溫，中心靠向設計標準值，調整并控制軸瓦的負荷分配。#1軸承：下降0.05mm、右移0.05mm；#2軸承：向左移動0.3mm、下降0.10mm；3#軸承：向左移動0.25mm；4#軸承不動；5#軸承向右移0.05mm；6#軸承不動，有效地減少中低對輪的圓差及張口，保證整個軸系調整符合設計要求。

修后效果，利用機組A 級檢修機會進行對#2軸瓦全面檢查和無損檢測，調整#2瓦荷載分配、修刮下瓦塊進出油邊、軸瓦墊鐵接觸研磨達到75%、軸系調整、軸瓦頂部間隙和緊力檢查等一系列工作，機組啟動#2瓦金屬溫度由原來帶滿負荷106℃降低91℃左右，溫度降低15℃取得的了一定效果。下次機組A 級檢修按照以上思路進行軸瓦檢修作業繼續降低軸瓦金屬溫度，確保機組長久安全穩定運行。

5 結語

軸瓦金屬溫度高原因比較復雜，分析問題要根據機組設計、運行和安裝、檢修過程綜合分析制定解決方案。由于軸瓦是汽輪機本體的構成重要部件，軸瓦金屬溫度較高，將損壞軸瓦烏金，嚴重時造成機組非停，所以在檢修中要深入研究對策，消除電力生產的安全隱患。機組大修期間，筆者對軸瓦的檢修內容工藝進行技術質量標準控制，實事求是嚴格要求，對問題的原因進行具體分析。通過對機組軸瓦綜合分析處理后，機組運行時#2軸瓦溫度在廠家設計要求范圍內運行數值都在規定的標準范圍，同時其他軸瓦各項參數均處于正常。通過嚴謹的工作態度，邊檢修邊摸索找到了問題的真正原因，成功解決了#2軸瓦金屬溫度高的問題，確保了機組安全穩定運行。