汽輪機(jī)停機(jī)過程中軸承金屬溫度異常升高的分析與處理
2021-02-21關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；軸承；溫升；對策
一、引言
軸承是汽輪機(jī)本體的重要組成部分，種類和型式很多，主要用來確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的正確位置并承受轉(zhuǎn)子的全部靜載荷和動載荷。軸承工作運(yùn)行參數(shù)用軸承振動、軸瓦振動、軸承金屬溫度和回油溫度等參數(shù)衡量，這些軸承的參數(shù)關(guān)系到機(jī)組的安全可靠性。
1、軸承金屬溫度偏高原因
1.1溫度測點(diǎn)誤報(bào)
電廠的事故分析首先要確認(rèn)各測點(diǎn)的測定值是否準(zhǔn)確，在確認(rèn)不是測點(diǎn)誤報(bào)后才能進(jìn)一步分析問題發(fā)生的原因。
軸承金屬溫度測點(diǎn)因安裝在軸承內(nèi)，不易取出，難以觀察損壞情況。但軸承金屬溫度的高低對汽輪機(jī)的正常運(yùn)行非常重要，因此在軸承金屬溫度測點(diǎn)處一般均安裝了雙支熱電偶。如果軸承金屬溫度發(fā)生變化，則相應(yīng)的雙支熱電偶溫度數(shù)值應(yīng)該同向變化，并且相差很小，所以從雙支熱電偶的2個(gè)測定值就能判斷是否屬于溫度測點(diǎn)誤報(bào)。
1.2潤滑油溫升高
潤滑油在軸承中的作用除了形成油楔外，還同時(shí)用于軸承冷卻，即潤滑油在循環(huán)過程中不斷帶走軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量，從而保持軸承溫度穩(wěn)定，因而潤滑油溫度的升高會在一定程度上減弱潤滑油冷卻作用，使得軸承金屬溫度升高。而潤滑油溫度的升高會顯著降低潤滑油黏度，降低軸承中潤滑油油楔剛度和厚度，導(dǎo)致油膜承載力減小，最終可能會發(fā)生油楔破裂。一旦油楔發(fā)生破裂，將產(chǎn)生所謂的混合摩擦，軸承金屬溫度立刻上升，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生咬合現(xiàn)象。
1.3潤滑油油質(zhì)差
如果潤滑油中混有雜質(zhì)就可能影響油膜的正常形成，而且雜質(zhì)顆粒還會劃傷金屬表面，發(fā)生所謂的磨粒磨損，而磨粒磨損是滑動軸承最常見的失效形式。在動壓軸承中，線狀傷痕往往會引起潤滑油泄漏，破壞油膜，降低軸承承載能力。雜質(zhì)對軸承的影響取決于雜質(zhì)顆粒的大小。
1.4球面銷或墊片卡澀
可傾瓦軸承背部有一個(gè)球面銷，裝配時(shí)會配上相應(yīng)的墊片。設(shè)置球面銷目的是為了應(yīng)對軸承運(yùn)行條件的變化，通過調(diào)整油楔讓軸承具有自動對中功能，增強(qiáng)軸承的穩(wěn)定性。如果球面銷或墊片出現(xiàn)問題，可傾瓦會卡澀，將造成軸承下半部可傾瓦載荷分配不均勻、局部載荷偏高、潤滑油油楔厚度降低等，導(dǎo)致軸承和軸頸混合摩擦，軸承金屬溫度升高。
1.5頂軸油系統(tǒng)故障
汽輪機(jī)啟動過程中因轉(zhuǎn)速未達(dá)到一定數(shù)值，無法形成壓力油楔，軸承尚不能支承軸頸，因而規(guī)定在轉(zhuǎn)速低于1200r/min時(shí)必須開啟頂軸油泵以托起軸頸。同樣汽輪機(jī)停機(jī)后，若轉(zhuǎn)速低于1200r/min，必須自動開啟頂軸油泵，以防軸頸和軸承間的直接摩擦。為節(jié)省投資，部分電廠因高中壓(合)缸相比低壓缸較輕，其頂軸油系統(tǒng)未設(shè)置高中壓缸軸承的頂軸油，運(yùn)行過程中均相繼出現(xiàn)低速碾瓦現(xiàn)象，而對高中壓缸進(jìn)行頂軸油改造后都不再出現(xiàn)此現(xiàn)象。
1.6汽輪機(jī)臨界轉(zhuǎn)速
汽輪機(jī)處在過臨界轉(zhuǎn)速(一般都是一階臨界轉(zhuǎn)速，因?yàn)槎A臨界轉(zhuǎn)速已經(jīng)超過3000r/min以上)時(shí)會導(dǎo)致振動顯著增大。如果此時(shí)軸承潤滑油楔建立不好，有可能會因振動增大而導(dǎo)致磨瓦。
2、影響軸承溫度偏高的因素分析
2.1軸承溫度與潤滑油溫升的關(guān)系
軸承運(yùn)行時(shí)的總進(jìn)油量主要由承載區(qū)流量、非承載區(qū)流量、供油槽附加流量3個(gè)部分組成。非承載區(qū)流量和供油槽附加流量主要對軸頸和軸瓦的非承載區(qū)進(jìn)行冷卻；承載區(qū)流量主要對軸頸、軸承承載部位起潤滑和冷卻作用。軸承承載區(qū)的潤滑油溫升主要與其流量、功耗有關(guān)，承載區(qū)的潤滑油溫升大小與軸承溫升直接相關(guān)，承載區(qū)的潤滑油溫升越高，軸承溫升也越高。
2.2軸承進(jìn)油區(qū)及承載區(qū)結(jié)構(gòu)
對于橢圓軸承，軸承的進(jìn)油區(qū)截面積與軸承的相對側(cè)隙直接相關(guān)。橢圓軸承的相對側(cè)隙一般為0.2％，相對頂隙為0.15％。由于進(jìn)油管口直徑大于回油管口直徑，在軸承左側(cè)形成一個(gè)壓力相對穩(wěn)定的進(jìn)油區(qū)B，潤滑油在轉(zhuǎn)子摩擦力的作用下向承載區(qū)A流動；其中有部分潤滑油在該過程中通過轉(zhuǎn)子與軸承的側(cè)隙流出軸承，其余潤滑油進(jìn)入承載區(qū)A，對軸承底部承載區(qū)起主要潤滑和冷卻作用。
3、汽輪機(jī)軸承金屬溫度偏高的對策
3.1運(yùn)行方面
加強(qiáng)機(jī)組啟停、正常運(yùn)行期間主機(jī)振動、軸承金屬溫度、供回油溫度、油膜壓力等參數(shù)的監(jiān)視和記錄，尤其要做好油膜壓力的巡視、檢查和參數(shù)分析工作。設(shè)置典型機(jī)組工況參數(shù)，定期對比分析；尤其重視汽輪機(jī)調(diào)速汽門控制方式優(yōu)化，既考慮軸承載荷又要考慮轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。
3.2檢修工藝
汽輪機(jī)軸承檢修后軸承載荷、各部間隙、進(jìn)油流量、接觸面積、軸承緊力、軸系揚(yáng)度、軸承標(biāo)高等符合檢修工藝規(guī)程。尤其是軸承承載力按照設(shè)計(jì)負(fù)荷進(jìn)行分配，軸承重載比軸承輕載，抗汽流激振性能強(qiáng)，提高軸承的穩(wěn)定性。機(jī)組Ａ級檢修時(shí)，應(yīng)將頂軸油管檢查列入標(biāo)準(zhǔn)檢查項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)缺陷，及時(shí)處理。頂軸油管采用液壓軟管的，宜在Ａ級檢修時(shí)進(jìn)行更換。頂軸油管采用不銹鋼管的，機(jī)組Ａ級檢修時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對焊口進(jìn)行著色檢驗(yàn)。
3.3設(shè)計(jì)方面
落實(shí)能源局頒布的二十五項(xiàng)反措要求汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)設(shè)置主油箱油位低保護(hù)。新建汽輪機(jī)安裝技術(shù)協(xié)議要求頂軸油管采用不銹鋼管，且必須安裝逆止閥，安裝前對頂軸油管要進(jìn)行金屬檢驗(yàn)。汽輪機(jī)選型與制造廠商榷，采用噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子宜采用可承受水平力的可傾瓦軸承。
4、軸承溫度高的處理措施及效果
將軸承進(jìn)油區(qū)設(shè)計(jì)出一個(gè)附加進(jìn)油區(qū)，附加進(jìn)油區(qū)深度0.30mm、長度250mm、寬度比進(jìn)油區(qū)寬度小40mm。沿該區(qū)域(D區(qū)域)修刮出一個(gè)拋物曲線面進(jìn)油油囊，增加承載區(qū)進(jìn)油量，而不增加非承載區(qū)的泄漏量。處理后的軸承進(jìn)油區(qū)D區(qū)域相對側(cè)隙增加31.58％(保持軸承的端泄漏量不變)，理論上可以使?jié)櫥蜏厣档?.66K。經(jīng)過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，軸承的溫升降低更為明顯。軸承在經(jīng)過增加相對側(cè)隙后，8號軸承溫度在各個(gè)工況的溫度比處理前降低4.8～7.1K、軸承溫升率降低9.78％～11.46％(以潤滑油進(jìn)入進(jìn)油區(qū)溫度50℃為基礎(chǔ))。
由于軸承的寬徑固定，繼續(xù)增加附加進(jìn)油區(qū)的深度對軸承溫度的降低效果會越來越不明顯，且增加軸承的相對側(cè)隙會降低轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)角速度，影響轉(zhuǎn)子的運(yùn)行可靠性。8號軸承的相對側(cè)隙由0.314％增加到0.3925％，其轉(zhuǎn)子的失穩(wěn)角速度會由725.73S1降低到639.14S，失穩(wěn)轉(zhuǎn)速由6930.17r/min降低到6103.36r/min，雖然其校核轉(zhuǎn)速仍然為2.034，高于要求值1.25，軸承運(yùn)行的安全系數(shù)還是會有一定程度的降低。增加附加進(jìn)油區(qū)深度的處理方式主要在軸承相對側(cè)隙較小的狀況下使用效果較好，但必須保證轉(zhuǎn)子的校核轉(zhuǎn)速高于要求值。
三、結(jié)束語
當(dāng)汽輪機(jī)橢圓軸承出現(xiàn)軸承溫度偏高的主要原因是軸承進(jìn)油側(cè)相對側(cè)隙偏小導(dǎo)致軸承承載區(qū)潤滑油流量較小，處理時(shí)建議參考以下方式：
(1)如相鄰軸承之間的跨度較小，可以采用調(diào)整軸承標(biāo)高的方法降低軸承運(yùn)行溫度。
(2)軸承標(biāo)高調(diào)整的條件受限時(shí)且在保證軸承校核轉(zhuǎn)速可靠的前提下，可以采取將軸承下半部分的進(jìn)油區(qū)部位增加軸承的局部相對側(cè)隙，保證軸承端泄漏量不增加時(shí)可以對軸承內(nèi)的承載區(qū)和非承載區(qū)用油量進(jìn)行重新分配，增加軸承承載區(qū)進(jìn)油量，可以比較有效地降低軸承運(yùn)行溫度。
（來源：發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)園地）
