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轴承知识
引进型300MW汽轮机轴瓦温度高处理及探究
2016-10-26李云飞
摘 要：轴承轴瓦温度是表征汽轮机运行状态的重要参数，本文通过国电开远发电有限公司7号汽轮机2号轴承轴瓦温度高的处理经过介绍，阐述了低压缸水平偏移对2号轴承轴瓦温度的重要影响，对处理类似故障具有一定的借鉴意义。
关键词：汽轮机；轴瓦温度；处理及探究
1 机组介绍
国电开远发电有限公司7号机组为上汽厂生产的引进型N300—16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、高中压合缸汽轮机。整个轴系包括高中压转子、低压转子、发电机转子，各转子之间用刚性联轴器连接，共有6个轴承，其中1、2号轴承为高中压转子前后轴承，3、4号轴承为低压转子前后轴承，5、6号轴承为发电机前后轴承。机组2007年投入运行以来，汽轮机2号轴承轴瓦温度一直偏高，2009年机组大修中对轴瓦润滑油路、轴瓦乌金接触面进行了检查处理，对瓦枕接触面进行了研磨，对轴瓦温度测量通道进行了检查并更换了温度探头，机组轴系中心按照上汽厂说明书要求进行调整，但机组启动后2号轴承轴瓦温度仍然偏高；2011年机组B修中又对轴系中心进行复查、调整，数据如下：低压转子比高中压转子高0.01mm，高中压转子向锅炉侧偏移0.04mm，下张口0.13mm，锅炉侧张口0.085mm。机组启动后的数据为：汽轮机转速600转/分钟时2号轴承温度为59.7℃/53.8℃（锅炉侧、升压站侧），轴瓦温度差为5.9℃；转速升到2040转/分钟时轴瓦温度差上升为85.7℃/53.8℃（锅炉侧、升压站侧），轴瓦温度差为31.9℃；转速升到3000转/分钟定速后，2号轴承温度为93℃/60.6℃（锅炉侧、升压站侧），轴瓦温度差为32.4℃，机组带负荷运行一段时间后，2号轴承锅炉侧轴瓦温度逐渐升高到了103℃，升压站侧温度66℃，温度差37℃。
通过以上数据可看出汽轮机2号轴承轴瓦温度明显比3号轴承轴瓦温度要高，表明2号轴承轴瓦动载荷明显比3号轴承大，2号轴承锅炉侧和升压站侧轴瓦动载荷分配不均：锅炉侧轴瓦载荷大，升压站侧轴瓦载荷小。
2 故障分析及诊断
虽然在7号机组大修中进行全面检查，又在2011年机组B修中进行调整，但处理效果均不理想，迫使我从相关影响汽轮机轴瓦温度的理论上进行分析，查找问题的根源。归纳而言2瓦轴承座被加热、凝汽器通循环水、低压缸外缸金属温度变化三个因素Z有可能导致该机2号轴承轴瓦温度高。
2.1 2号轴承座被加热的影响：对引进型300MW汽轮机而言，由于采用高中压合缸技术，2号轴承处于中压缸排汽口的包围之中，中压缸缸体与2号轴承座之间距离狭窄，2号轴承座受中压轴封漏汽和汽缸辐射热影响较大。据有关文献资料表明2号轴承座冷态与热态相比温度变化量可达41℃，标高变化量可达0.4mm。若冷态轴承检修时对此因素考虑不足，机组启动后2号轴承载荷将会逐渐加重，导致轴承温度逐步升高。同时会减轻相连的3号和1号轴承动态载荷，严重时还会导致1号、3号轴承油膜失稳。对由于轴承座被加热导致轴瓦载荷增加而使轴瓦温度升高的故障而言，轴承两块下瓦（锅炉侧、升压站侧）的温度都应高，而不应该出现一块瓦温度103℃，另一块瓦温度才66℃的情况，因此2号轴承座被加热并非导致该机2号轴承两块下轴瓦温度偏差大的主要因素。但如果中压缸轴端汽封漏汽大和中压缸缸体保温不好，会导致2号轴承座热态标高比冷态有明显的上升，从而加大2号轴承两块下轴瓦温度偏差。
2.2 低压缸外缸金属温度变化的影响：引进型300MW汽轮机低压缸外缸缸体与3号、4号轴承座相连为一体，当低压缸外缸的标高发生变化时，会对3号、4号轴承座的标高产生影响。由于低压缸外缸缸体外形尺寸和质量非常大，整体刚度小，当缸体金属温度变化时，缸体整体刚度也会有明显变化，缸体金属温度升高，缸体刚度下降，整个低压缸外缸在重力作用下向下变形，导致低压缸外缸和低压缸轴承下沉，低压缸外缸缸体和低压缸轴承的标高下降，低压缸轴承动载荷降低。当低压缸外缸缸体金属温度下降时，缸体刚度增强，低压缸外缸缸体和低压缸轴承标高下降量减小，低压缸轴承的动载荷相应有所增加。当低压缸外缸缸体金属温度一定时，则低压缸外缸缸体和低压缸轴承座的标高也相对稳定。
由于低压缸外缸金属温度与汽轮机排汽温度相对应，当凝汽器真空变化不大时汽轮机排汽温度变化也较小，则低压缸外缸金属温度变化也不大，不会导致低压缸外缸及3、4号轴承标高冷、热态发生大幅变化从而影响到2号轴承轴瓦温度。
2.3 凝汽器通循环水的影响：该机低压缸外缸与凝汽器外壳通过金属膨胀节进行联接，当凝汽器在通入循环水后发生垂直方向的标高变化和水平方向的位移时会使低压缸外缸发生相应的变化。同时由于2、3、4号轴承座与低压缸外缸连接为一个整体，当低压缸外缸在大气压力、循环水管作用力的作用下发生变形和位移时会对2、3、4号轴承标高和转子轴颈与轴瓦左右相对位置产生影响，进而影响轴承动载荷。根据文献资料介绍，国产300MW汽轮机冷态时，当凝汽器通循环水后3、4号轴承标高下降量可达0.05mm；从凝汽器通循环水、抽真空、冲转、暖机、升速至带负荷过程中，低压缸调阀端向升压站侧Z大水平偏移量可达0.1mm，励磁端向锅炉侧Z大水平偏移可达0.25mm。
由于2号轴承轴承箱与低压缸连接成一个整体，因此低压缸调阀端的水平偏移会使2号轴承随之偏移，导致2号轴承下部2块可倾瓦块动载荷出现偏差，机组运行中会出现两块瓦温度偏差大。这与7号汽轮机2号轴承两块下瓦的轴瓦温度情况吻合。为验证该机低压缸在凝汽器通入循环水后是否会发生水平偏移，我对7号汽轮机低压缸通循环水后的偏移量进行实测，数据如下：
试验证明7号汽轮机凝汽器通循环水后2号轴承座往升压站侧发生了0.14mm的偏移，这与2号轴承锅炉侧轴瓦温度比升压站侧轴瓦温度高的现象是一致的。
通过以上分析可知导致该机2号轴承轴瓦温度高的主要原因是：低压缸调阀端在凝汽器通入循环水后发生了0.14mm的水平偏移，导致2号轴承座也发生水平偏移，致使锅炉侧的载荷大于升压站侧的载荷。
至于为什么处于同一轴承室内的3号轴承的显示的轴瓦温度偏差不大，是由于2、3号轴承结构形式不同（3号轴承轴瓦为椭圆瓦，2号轴承轴瓦为可倾瓦；3号轴承润滑油量比2号轴承润滑油量要大的多）。虽然温度显示偏差不大，但在机组检修中已发现3号轴承下瓦锅炉侧的摩擦痕迹要比升压站侧明显，因此可推断3号轴承实际上也发生了水平偏移。
3 处理措施及实施效果
要减小低压缸在凝汽器通循环水后的水平偏移量，必须减小低压缸前后端的定位销间隙。由于测量和调整该定位销间隙只有在解体汽轮机后才具备条件，因此在2012年机组C修中仅仅对2号轴承静载荷进行了初步调整（将锅炉侧下轴瓦垫子厚道减薄0.2mm，从而将2号轴承锅炉侧下轴瓦向锅炉侧偏移0.14mm，同时向下降低0.14mm，以减轻锅炉侧下轴瓦的动载荷）。
机组投入运行后2号轴承Z高点温度下降了10℃，两块下轴瓦温度差比调整前减小了5℃；机组带一段时间负荷后2号轴承标高热态上升较为明显：锅炉侧下轴瓦温度的温度值比刚开机时的温度值升高了11℃，说明中压缸轴端汽封漏汽和汽缸热辐射对2号轴承座有较为明显的加热作用。
4 结论
7号汽轮机2号轴承下轴瓦温度高的原因是低压缸调阀端在凝汽器通入循环水后发生了0.14mm的水平偏移，导致2号轴承座也发生水平偏移，致使锅炉侧下轴瓦的载荷大于升压站侧下轴瓦的载荷。
要进彻底降低7号汽轮机2号轴承锅炉侧下轴瓦温度、消除锅炉侧与升压站侧下轴瓦温度差，必须在机组大修时对低压缸调阀端定位销间隙进行调整，尽量减小定位销间隙。同时还要合理调整中压缸轴端汽封间隙，且要加强中压缸排汽口保温质量，以减少中压缸轴端汽封漏汽、中压缸辐射热对2号轴承座的加热作用。
文献
[1]轴承动态标高变化引起的转子油膜失稳的试验研究汽轮机技术2003年2月
[2]300MW汽轮机低压缸和低压缸轴承标高变化规律的试验研究热力发电2003年12期
[3]N300MW汽轮机组低压缸偏移规律与机理试验研究汽轮机技术2001年8月
