通过案例分析轴瓦温度在汽轮机中的应用
通过案例分析轴瓦温度在汽轮机中的应用
摘要: 本文分析了某350MW机组运行中2号轴瓦温度高的原因 ，阐述了影响可倾瓦温度的关键因素，并通过调整轴瓦的载荷分配、合理选择轴承的油隙、修刮可倾瓦的进出油楔等手段，使该轴瓦温度明显降低，确保了机组的安全运行。
某厂引进型350MW机组，为亚临界一次中间再热、双缸双排汽 、单轴凝汽器汽轮机，该机组共有3个落地式轴承座 ，设有4个径向轴承，其中 ：1、2号轴承为可倾瓦；3号轴承下半部为可倾瓦块结构，上部为圆筒形轴承；4号轴承为圆筒形轴承，设有一只推力轴承，推力轴承布置在1号轴承座内 。运行过程中#2径向支持轴瓦温度偏高 ，正常运行中在85℃左右 ，最高达到91℃ ，且还有增大趋势,设计95℃报警，105℃停机，2号轴瓦温度高危及轴承使用寿命甚至损坏，严重影响了机组运行安全 。
1 、影响轴瓦温度的因素
由于汽轮机轴承处在高转速、大载荷的工作条件下，所以要求轴承工作必须安全可靠，且摩擦力小。为了满足这两点要求，汽轮机轴承都采用以油膜润滑理论为基础供油 ，由供油系统连续不断的向轴承内供给压力、温度符合要求的润滑油 。转子的轴颈支撑在浇有一层质软、熔点低的巴氏合金上，并作高速旋转，使轴颈与轴瓦之间形成油膜 ，建立液体摩擦，从而减小摩擦阻力 。摩擦产生的热量由回油带走，使轴承温度始终保持在合理的范围之内。
轴承的工作情况主要依据轴承温度、轴承回油温度 、轴承振动、轴系的稳定性等来衡量 。影响轴瓦温度的因素有：
1）轴瓦乌金工作面有脱胎、损伤现象，或与轴颈接触不均匀 。若轴瓦有脱落、损伤会破坏油膜稳定性 ，接触不良会导致轴颈与轴瓦局部摩擦增大 ，轴瓦温度升高。
2）轴瓦载荷分配不均。轴瓦载荷分配不均造成的原因是转子中心偏差、轴承座温度和杨度变化、转子受到向下的力过大、轴振动过大、转速超过允许值、轴封漏汽引起轴承座标高发生变化等。对于动压式滑动轴承，如果轴承载载过轻，轴承油膜过厚，油膜容易失稳而发生油膜振荡；如果轴承载荷过重，油膜容易破裂而产生轴瓦和轴颈局部干磨擦而使轴瓦温度升高。
3）轴承润滑油温度过高。油温度过高或过低、润滑油黏度不合格、油流量过大或过小、润滑油短油 、回油不畅 、油质不良或油质恶化 、润滑油油压力过低或过高、油流中或轴承内存在气体或杂物、顶轴油管逆止阀不严油膜压力下降等都会造成轴承润滑油温度过高，使得润滑油失去润滑冷却效果，使轴瓦温度升高 。
4）润滑油量影响 。轴承润滑油有润滑和冷却功能，如果轴瓦进油量不足或排油不畅，使得运行中产生的热量无法及时带走，就会导致轴瓦温度偏高 。
5）轴瓦油隙不合格也会造成轴瓦温度高。轴瓦与轴顶部间隙过小，机组高速旋转过程中紧力大，油膜受到破坏，导致轴颈与轴瓦乌金表面干摩擦，造成轴瓦温度升高 。
6）缸热量辐射影响。轴瓦附近若汽缸保温效果不好，会导致汽缸热量直接辐射轴瓦，导致温度升高。
7）轴瓦安装有问题，使轴瓦球面自动调整能力差或进油孔处垫铁接触不好 。轴承紧力过大、轴承底座垫片过多、可倾瓦垫块方向装反限制了活动范围 、轴承安装偏斜、轴承与轴颈杨度不一致（不同心）等 ，都可能是轴瓦自动调整能力变差，从而使轴瓦温度升高。
8）温度测量存在错误 ，轴承温度测量系统异常。例如温度测量元件损坏、温度测量后补偿方法或标准不对、安装不正确、温度补偿系统受外界干扰等，都会使测温产生误差。
2轴瓦温度升高的现象及分析
2号轴承为密切尔式支持轴承，由四块能在支点上自由倾斜的弧形瓦块组成 ，上半轴承两块可倾瓦 ，下半轴承两块可倾瓦，瓦块在工作时随着转速或载荷及油温的不同而自由摆动 ，在轴颈四周形成多油楔 。若忽略瓦块的惯性 、支点的摩擦阻力及油膜剪切摩擦阻力等的影响 ，则每个瓦块作用到轴颈上的油膜作用力总是通过轴颈中心 ，故具有较高的稳定性 。但这种轴承结构在半圆内至少有两个瓦块以上，相对而言，其结构较为复杂，给制造 、安装和检修技术增加了一定的难度。
轴承的润滑油由轴承底部的一个通道进入，通过轴承键中心的一个孔口进入轴承外壳的下半部，沿轴流向轴承外壳环状空间两端。油再从环形空间经6个孔口进入轴承瓦块 ，沿轴颈分布 ，并从轴颈两端排出，其中两个位于轴承垂直中心线的顶部 ，两个位于水平线上 。在轴承的两侧均装有油封环 ，以防止润滑油的大量泄漏 ，同时为了保证油封环的工作可靠，油封环上有一个油槽 ，并设有排油口，以使被阻挡的油很快排除。2号轴瓦结构如图一所示。
图一： 2号轴瓦结构
1-轴承壳体；2-弹簧 ；3-平垫；4-球面垫；5-螺塞 ；6-防转销；7-油封体；
8-螺栓；9-轴承瓦块 ；10-油封体；11-定位销 ；12-油封体
1）机组运行中2号轴瓦数据及分析：
机组正常运行过程中，2号瓦温一般在85℃左右，夏天满负荷最高达到91℃，回油温度偏高。2号轴瓦温度高严重威胁了机组的安全运行 。2号轴瓦温度随机组负荷变化曲线如图二所示 。
图二：2号轴瓦温度随机组负荷变化曲线
由图我们可以看到2号轴瓦温度在机组各个负荷段都高 。同时从整个机组运行参数来看轴瓦进油温度和压力都正常，其他轴瓦温度都正常 ，回油温度只有2号轴瓦偏高 ，则说明2号轴瓦自身存在缺陷，与机组润滑油系统没有关系，应从该瓦的载荷分配 、节流孔板直径、轴承油间隙及轴承合金浇铸质量等方面查找原因，然后给予针对的治理。
2）2号轴瓦解体检修中发现的问题及分析：
在机组B修中对2号轴瓦进行全面解体 ，解体发现2号轴承顶部间隙超标，设计值0.61-0.71mm，实测值0.78mm。并对中低对轮中心进行了复查，中低对轮全缸中心 ：下张口0.185mm，右张口0.165mm ，高压转子低0.02mm，偏左0.035mm；半缸中心 ：下张口0.165mm，右张口0.185mm，高压转子低0.05mm，偏左0.055mm 。设计值 ：高压转子低0.10mm，下张口0.158mm，其余外圆张口均≤0.02mm 。高压转子偏高，右张口超标较多 。
轴承下部瓦块乌金有轻微烧伤 ，无明显划痕 ，对轴瓦表面乌金进行着色检查没有发现脱胎和有裂纹现象。对应转子轴颈表面也完好、无划痕，测量轴颈椭圆度 、锥度都在标准范围内。
对轴承下部垫铁进行接触检查，发现带来油孔的垫铁与轴承座洼窝接触不好。并对轴承节流孔板进行了检查没有发现异物 ，孔径大小与设计值相符 。
通过对2号轴瓦解体分析，中低转子中心偏差较大，高压转子偏高，造成2号轴瓦载荷大，是2号轴瓦温度高的主要原因。
3 、处理措施
综合以上分析，结合机组的实际情况，现对2号轴瓦采取下列处理措施 ：
1）适当调整2瓦标高，重新对轴瓦进行载荷分配 。轴瓦的载荷分配就是我们通常所说的转子找中 ，长期以来 ，一般将大修中联轴器断开，调整联轴器端面和圆周偏差，称为转子找中心 。这是一种误解 ，对于半扰动性或固定式联轴器而言，这种找正结果与两个转子是否同心没有任何关系，而是在找轴瓦的载荷分配 。真正的转子找中心是在联轴器连接螺栓拧紧的情况下，检测轴颈的偏心值。
本次扩大型B修包含了高中压缸解体检修，为彻底解决2号轴瓦温度高创造了条件 ，因为处理针对轴承乌金温度高的问题 ，最好采用方法是重新进行载荷分配 ，调整汽封间隙。本次检修调整2瓦垫铁，减轻了该瓦的载荷。兼顾转子杨度的同时调整中低联轴器左右外圆及张口到标准范围内 。中低对轮全缸中心：下张口0.175mm，右张口0.0175mm，高压转子低0.10mm ，偏左0.015mm 。
2）重新研瓦，使其垫铁接触符合轴瓦检修工艺要求。既垫铁与轴承座洼窝的接触痕迹应占垫铁总面积的75﹪以上 ，且接触点应均匀分布，特别是对带有来油孔的垫铁，油孔周围接触点一定要严密，以防润滑油外泄。
3）检查瓦与轴颈的接触面 、轴与轴瓦各部间隙和轴承紧力，符合相关规范要求 。
4）修刮可倾瓦块的进、出油斜边，减小流通阻力，从而增加了润滑冷却流量 。
4）回装时内窥镜检查进油孔内是否有残留异物 ；落入下瓦时一定要放正 ，检查下半可倾瓦瓦快活动情况，要活动自如，没有明显的阻力，落入转子盘车几圈检查轴瓦水平是否和轴承座水平一致 。
经过以上措施处理，机组成功启动，2号轴瓦瓦温明显下降，其它运行参数都在标准范围内。相比修前3号轴瓦瓦温有所增加，但是仍然在标准范围内，同时其它轴瓦各项参数也正常。
通过2号轴瓦和3号轴瓦修前修后参数的对比 ，说明了调整轴瓦载荷是处理轴瓦温度的主要手段，检修过程中轴系载荷分配一定要严格按照设计要求调整，同时还要注重检修工艺质量，减小测量误差，对于重要数据一定要严格按照质量验收程序进行验收 ，不给机组的安全运行留下任何隐患。
4 、结论
轴承是汽轮机的重要组成部件 ，其温度过高，不仅会损坏部件，甚至会被迫停机，造成损失，为电力生产带来了安全隐患。本文通过正向推理诊断故障方法，首先阐述了影响轴瓦温度的主要因素，然后对2号轴瓦温度高的案例，进行了分析，然后与影响因素对比，找到了原因，通过重新调整轴系载荷分配，成功的处理了2号轴瓦温度高的缺陷 。