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轴承知识
660MW超超临界汽轮机轴瓦损坏原因分析及处理
2016-08-19安正锋
（大唐甘肃景泰发电厂）
【摘 要】我国煤炭资源丰富，因而我国主要的发电形式就是火力发电。660MW超临界汽轮机是火力发电的主要设备，而轴瓦又是汽轮机的重要组成零部件之一，所以在火力发电厂中汽轮机的轴瓦如果损坏，不但会影响发电，还有可能造成重大的设备损坏安全事故。分析660MW超超临界汽轮机轴瓦的损坏原因，并及时进行处理，对火力发电具有重要意义。
【关键词】火力发电；660MW超临界汽轮机；轴瓦；损坏原因；及时处理
1 前言
660MW超临界汽轮机作为火力发电的主要设备，该设备比亚临界机组的热效率更高，对环境的污染更小，具有更好的节能减排效果，因而在我国的火力发电厂中被广泛推行使用。但是，由于我国使用660MW超临界汽轮机的年限较短，使用中操作不当等原因造成轴瓦损坏的现象频繁发生，不仅影响正常的发电工作，蒙受巨大的经济损失，而且会引发机组的安全隐患，造成人员伤亡。为规避这类恶性事故的产生，很有必要找出汽轮机轴瓦的损坏原因，且针对各类原因提出处理方案。
2 轴承的工作原理及其影响因素
以润滑理论为依据，对于动压滑动轴承而言，若轴承承受的负载太重，轴承油膜较易破损，从而造成轴承和轴颈之间部分地方出现干摩擦，使得轴瓦温度骤升；而如果轴承负重较轻，油膜相对较厚，就容易出现因失稳产生的油膜振荡。为了确保轴瓦温度既不会过高也不会出现油膜振荡的现象，就要保证油膜适宜，既不薄也不厚。所以相关工作人员需要研究轴承负载和油膜厚薄两者间的参数设置，也就是平时监测的轴承温度与振动反应油膜的厚度情况。会对油膜工作状态产生影响的因素很多，主要有以下几类。
（1）轴承承重负载不均衡。轴封密封不严出现漏汽引发轴承座标高的变化，转子受到很大向下的力、转速高于被允许的值，较大的轴振动，转子中心偏差、轴承扬度与温度发生变化等，这些都会引起轴承负载量不均衡。
（2）轴承球面的自动调整能力变差[1]。轴承间隙太大或太小，轴承底座加垫片的太多，可倾瓦垫块的方向装反进而限制活动范围，轴承紧力较大，轴承安装偏斜，轴承和轴颈扬度不统一等，都会使轴承球面的自动调整能力变弱。
（3）使用油质差的轴承润滑油。润滑油质量的好坏会对汽轮机运行的安全性产生直接影响。因为润滑油主要是为了减少轴承摩擦损失、润滑轴承、冷却轴承，润滑油黏度不符、回油不畅、断油、油流量太大或太小、油温太高或太低，油质不好或恶化，当中润滑油压力太高或太低，而油质变差的主要是因为杂质进入到润滑油中，油膜压力降低，顶轴油管的逆止阀没有关紧，轴承或油流中有杂物或气体存在等，均会使轴承温度骤升，导致轴径拉伤和轴承损坏。
（4）轴承钨金浇铸质量不过关。浇铸质量不合格，当出现温度升高或承受动载荷时，会加剧结合不牢固，脱胎现象加重。
3 以某发电公司660MW超超临界汽轮机轴瓦损坏为例
3.1情况说明
某发电厂一期工程2*660MW超临界汽轮发电机组，从投产以来1号机组的1号轴瓦低速擀瓦事故频发，2号机组2号轴瓦滑停时，发现瓦温在低转速波动现象，开机时又有低转速擀瓦现象。2台机组运行时共出现十次低速碾瓦现象，七次出现在机组惰走阶段且均为1号机，三次出现在机组开启阶段，其中1号机发生两次，2号机发生1次。
3.2原因分析
（1）轴瓦负荷分配不均衡。某发电厂的两台汽轮机均为制造公司引进日立技术生产出来的，轴瓦为制造公司生产。机组带负荷启动时2号轴瓦的负荷增加，会有超1号轴瓦的情况发生。1、2号汽轮机的轴瓦为上下3块的可倾瓦，但实际运行时Z底部的1块瓦块承受了所有负荷，因而低转速时，再加上濒临油膜失衡点，极易出现擀瓦现象。发电厂认为轴瓦设计不合理，制造公司则认为启动时轴封过高的温度引起轴颈变大，导致轴瓦间隙变小。
处理此事故时应考虑将1号轴瓦的负荷量进行调整，将2号轴瓦的高度抬高0.2mm，发现启动时2号轴瓦温度正常。当转速达到40至60r/min时，汽轮机停机，2号轴瓦温度升高3至4℃，此现象可能是因为油膜处于失衡临界点，转子冲击轴瓦导致，如果加顶轴油，则在启动、停机时2号轴瓦负荷小，起不到明显作用，还会对其他轴瓦顶轴压力造成影响，故而未实施。
（2）转子轴顶膨胀导致轴承无力承载进而引发磨损。机组惰走的过程中，轴封内气压降低，但高排转子的温度会达到310℃左右，此时轴封蒸汽起不到相应的冷却转子作用，热量便会导热至轴颈处，使轴颈温度升高，轴承难以形成油膜，无法承重，油膜就会破裂，导致碾瓦现象的发生。当机组常规运行时，尽管轴封的温度仍是310℃左右，但过快的转速会使润滑油对轴颈的冷却增强，轴承温度正常，因而机组能够正常运行。
3.3故障处理措施
（1）设置合理的轴承负载，优化轴瓦设计。对于有问题的轴承，更换其上下6个瓦块，同时加深上半部分3个瓦块的油槽深度，使过油量增多。对于机组空负荷定速到达3000r/min时，高排汽缸的温度会高至410至430℃，把下半部分瓦块的Z低点选作基准，将加工圆心上调，增加曲率，使低转速状态下油膜容易形成；开顶轴油口，将1顶轴油管道接入顶轴油站，并加上溢流阀、调节阀、逆止阀和压力表等，两侧瓦块加工温度测点孔[2]。
鉴于轴瓦内部油压下降，是由轴瓦油挡磨损，导致大量漏油造成低转速情况下无法形成油膜，针对此问题采取减少回油孔直径的方法来加大1号瓦腔室的油压，还能对回油温度进行监测；同时，以机组发生低速擀瓦现象的位置为依据，找出负荷过载位置，将负荷较低的轴瓦标高提升，又或者把负荷较大的轴瓦位置降低，使轴系负荷均衡，减少轴瓦的损坏。
（2）优化机组运行方式。为确保润滑油不被杂质污染，使其清洁度能够达到NAS6级，因而开启运行机组前应该打油循。开启1号机组时，高中压缸轴封的送汽温度设定为180至200℃，压力保持0.13MPa（a），转速达到1500r/min时，应将高中压轴封送汽的温度调节到200至260℃。当机组停机时，也应将温度维持在200至260℃和0.13MPa（a）的压力下，保证轴封系统正常运行。
当1号汽轮机启动且处于0至1500r/min的转速时，保证润滑油的温度在30至35℃，使润滑油能建立油膜；转速达到1500至3000r/min时，控制温度保持在45℃，确保油膜不会变厚，瓦温不会过高。
把1号汽轮机的速度提升率设定在70r/min，追踪1、2号轴瓦的瓦温和进油压力，转速达到400/min时，在确保瓦温正常的情况下继续升速。
2号汽轮机停机，转速达到1500至3000r/min，将进油温度保持在45℃，高中压轴封送汽温度设定在200至260℃，转速降到0至1500r/min时，油温30至35℃，保证能在低转速时形成油膜，高中压轴封送汽温度则维持在180至200℃。
2号汽轮机停机，转速达到1500至3000r/min，设定润滑油进油温度在45℃，当转速降至0至1500r/min，则进油温度为30至35℃。
当1号汽轮机冲转、2号机惰走情况下，工作人员必须密切关注各轴瓦的温度。如果1号汽轮机在冲转时出现轴瓦温度升高，则进行打闸处理；如果2号汽轮机在惰走时出现500r/min的转速时，则采取开直流油泵的措施来提高油压。
4 总结
轴瓦损坏的原因复杂多样，我们要做到具体情况具体分析，尽快找出解决方案，降低损失。
参考文献：
[1]姜小龙.超超临界机组轴承失效分析[J].机电工程技术，2013（04）.
[2]林西奎，许东海，李祥苓，徐伟，刘运城.660MW超超临界汽轮机轴瓦损坏原因分析及处理[J].电力建设，2011（5）.
1 前言
660MW超临界汽轮机作为火力发电的主要设备，该设备比亚临界机组的热效率更高，对环境的污染更小，具有更好的节能减排效果，因而在我国的火力发电厂中被广泛推行使用。但是，由于我国使用660MW超临界汽轮机的年限较短，使用中操作不当等原因造成轴瓦损坏的现象频繁发生，不仅影响正常的发电工作，蒙受巨大的经济损失，而且会引发机组的安全隐患，造成人员伤亡。为规避这类恶性事故的产生，很有必要找出汽轮机轴瓦的损坏原因，且针对各类原因提出处理方案。
2 轴承的工作原理及其影响因素
以润滑理论为依据，对于动压滑动轴承而言，若轴承承受的负载太重，轴承油膜较易破损，从而造成轴承和轴颈之间部分地方出现干摩擦，使得轴瓦温度骤升；而如果轴承负重较轻，油膜相对较厚，就容易出现因失稳产生的油膜振荡。为了确保轴瓦温度既不会过高也不会出现油膜振荡的现象，就要保证油膜适宜，既不薄也不厚。所以相关工作人员需要研究轴承负载和油膜厚薄两者间的参数设置，也就是平时监测的轴承温度与振动反应油膜的厚度情况。会对油膜工作状态产生影响的因素很多，主要有以下几类。
（1）轴承承重负载不均衡。轴封密封不严出现漏汽引发轴承座标高的变化，转子受到很大向下的力、转速高于被允许的值，较大的轴振动，转子中心偏差、轴承扬度与温度发生变化等，这些都会引起轴承负载量不均衡。
（2）轴承球面的自动调整能力变差[1]。轴承间隙太大或太小，轴承底座加垫片的太多，可倾瓦垫块的方向装反进而限制活动范围，轴承紧力较大，轴承安装偏斜，轴承和轴颈扬度不统一等，都会使轴承球面的自动调整能力变弱。
（3）使用油质差的轴承润滑油。润滑油质量的好坏会对汽轮机运行的安全性产生直接影响。因为润滑油主要是为了减少轴承摩擦损失、润滑轴承、冷却轴承，润滑油黏度不符、回油不畅、断油、油流量太大或太小、油温太高或太低，油质不好或恶化，当中润滑油压力太高或太低，而油质变差的主要是因为杂质进入到润滑油中，油膜压力降低，顶轴油管的逆止阀没有关紧，轴承或油流中有杂物或气体存在等，均会使轴承温度骤升，导致轴径拉伤和轴承损坏。
（4）轴承钨金浇铸质量不过关。浇铸质量不合格，当出现温度升高或承受动载荷时，会加剧结合不牢固，脱胎现象加重。
3 以某发电公司660MW超超临界汽轮机轴瓦损坏为例
3.1情况说明
某发电厂一期工程2*660MW超临界汽轮发电机组，从投产以来1号机组的1号轴瓦低速擀瓦事故频发，2号机组2号轴瓦滑停时，发现瓦温在低转速波动现象，开机时又有低转速擀瓦现象。2台机组运行时共出现十次低速碾瓦现象，七次出现在机组惰走阶段且均为1号机，三次出现在机组开启阶段，其中1号机发生两次，2号机发生1次。
3.2原因分析
（1）轴瓦负荷分配不均衡。某发电厂的两台汽轮机均为制造公司引进日立技术生产出来的，轴瓦为制造公司生产。机组带负荷启动时2号轴瓦的负荷增加，会有超1号轴瓦的情况发生。1、2号汽轮机的轴瓦为上下3块的可倾瓦，但实际运行时Z底部的1块瓦块承受了所有负荷，因而低转速时，再加上濒临油膜失衡点，极易出现擀瓦现象。发电厂认为轴瓦设计不合理，制造公司则认为启动时轴封过高的温度引起轴颈变大，导致轴瓦间隙变小。
处理此事故时应考虑将1号轴瓦的负荷量进行调整，将2号轴瓦的高度抬高0.2mm，发现启动时2号轴瓦温度正常。当转速达到40至60r/min时，汽轮机停机，2号轴瓦温度升高3至4℃，此现象可能是因为油膜处于失衡临界点，转子冲击轴瓦导致，如果加顶轴油，则在启动、停机时2号轴瓦负荷小，起不到明显作用，还会对其他轴瓦顶轴压力造成影响，故而未实施。
（2）转子轴顶膨胀导致轴承无力承载进而引发磨损。机组惰走的过程中，轴封内气压降低，但高排转子的温度会达到310℃左右，此时轴封蒸汽起不到相应的冷却转子作用，热量便会导热至轴颈处，使轴颈温度升高，轴承难以形成油膜，无法承重，油膜就会破裂，导致碾瓦现象的发生。当机组常规运行时，尽管轴封的温度仍是310℃左右，但过快的转速会使润滑油对轴颈的冷却增强，轴承温度正常，因而机组能够正常运行。
3.3故障处理措施
（1）设置合理的轴承负载，优化轴瓦设计。对于有问题的轴承，更换其上下6个瓦块，同时加深上半部分3个瓦块的油槽深度，使过油量增多。对于机组空负荷定速到达3000r/min时，高排汽缸的温度会高至410至430℃，把下半部分瓦块的Z低点选作基准，将加工圆心上调，增加曲率，使低转速状态下油膜容易形成；开顶轴油口，将1顶轴油管道接入顶轴油站，并加上溢流阀、调节阀、逆止阀和压力表等，两侧瓦块加工温度测点孔[2]。
鉴于轴瓦内部油压下降，是由轴瓦油挡磨损，导致大量漏油造成低转速情况下无法形成油膜，针对此问题采取减少回油孔直径的方法来加大1号瓦腔室的油压，还能对回油温度进行监测；同时，以机组发生低速擀瓦现象的位置为依据，找出负荷过载位置，将负荷较低的轴瓦标高提升，又或者把负荷较大的轴瓦位置降低，使轴系负荷均衡，减少轴瓦的损坏。
（2）优化机组运行方式。为确保润滑油不被杂质污染，使其清洁度能够达到NAS6级，因而开启运行机组前应该打油循。开启1号机组时，高中压缸轴封的送汽温度设定为180至200℃，压力保持0.13MPa（a），转速达到1500r/min时，应将高中压轴封送汽的温度调节到200至260℃。当机组停机时，也应将温度维持在200至260℃和0.13MPa（a）的压力下，保证轴封系统正常运行。
当1号汽轮机启动且处于0至1500r/min的转速时，保证润滑油的温度在30至35℃，使润滑油能建立油膜；转速达到1500至3000r/min时，控制温度保持在45℃，确保油膜不会变厚，瓦温不会过高。
把1号汽轮机的速度提升率设定在70r/min，追踪1、2号轴瓦的瓦温和进油压力，转速达到400/min时，在确保瓦温正常的情况下继续升速。
2号汽轮机停机，转速达到1500至3000r/min，将进油温度保持在45℃，高中压轴封送汽温度设定在200至260℃，转速降到0至1500r/min时，油温30至35℃，保证能在低转速时形成油膜，高中压轴封送汽温度则维持在180至200℃。
2号汽轮机停机，转速达到1500至3000r/min，设定润滑油进油温度在45℃，当转速降至0至1500r/min，则进油温度为30至35℃。
当1号汽轮机冲转、2号机惰走情况下，工作人员必须密切关注各轴瓦的温度。如果1号汽轮机在冲转时出现轴瓦温度升高，则进行打闸处理；如果2号汽轮机在惰走时出现500r/min的转速时，则采取开直流油泵的措施来提高油压。
4 总结
轴瓦损坏的原因复杂多样，我们要做到具体情况具体分析，尽快找出解决方案，降低损失。
参考文献：
[1]姜小龙.超超临界机组轴承失效分析[J].机电工程技术，2013（04）.
[2]林西奎，许东海，李祥苓，徐伟，刘运城.660MW超超临界汽轮机轴瓦损坏原因分析及处理[J].电力建设，2011（5）.
来源：《华东科技：学术版》2015年第7月
